과연 지구는 안전한가?
과연 지구는 안전한가?
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  • 승인 2018.02.06 14:25
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독자들 중 몇몇은 영화 속에서 지구의 위협하는 물체들과 싸우는 용감한 사람들의 이야기에 감동을 혹은 허무맹랑함에 비웃음을 던졌을 것이다.

하지만 다가오는 미래에 지구는 영화같은 상황에 직면할지도 모른다.

5일(현지시간) 미국 항공우주국(NASA)에 따르면 한국시간으로 5일 오전 6시 30분 '2002AJ129' 명명된 소행성이 지구와 420만Km 지점을 스쳐지나갔다.

이 거리는 지구와 달의 거리(약 38만Km)에 10배 이상 먼 거리이지만 NASA는 지구에서 740만3000Km 이내로 들어오는 소행성들은 잠재적인 위험이 존재하는 것으로 본다.

인류에겐 마지막일지도 모르는 외계 물체와의 충돌은 광범위하고 복잡하기만한 우주활동의 증거이다. 인류가 존재하기 전 태초부터 푸른 지구는 그 아름다움과 생명력을 질투하는 수 많은 공격을 받아 왔다.

6,500만년전 K-T재앙은 모든 동물종의 2/3를 멸종 시켰다. 1908년에는 시베리아 퉁구스카 지역에 히로시마 원폭의 수배에 달하는 충돌이 있었다. 몇년전에는 나사의 계산착오로 지구의 2028년 1997XF11 소행성 충돌을 예견했다 수정한 일도 있다.

 

과연 이렇게 지구를 위협하는 물체는 무엇인가?

우리는 그것을 지구근접물체 NEO (Near Earth Objects)라고 칭한다. NEO는 소행성과 혜성체들로 나뉜다.

1. 지구를 위협하는 물체들 중 그 첫번째는 소행성이다. 소행성의 베일을 벗겨보자.

[그림설명] 맨 위은 지구 궤도,가운데는 소행성 궤도, 아래쪽은 둘을 겹쳐서 본 그림이다

◆ 소행성 발견

천문학자들은 태양-행성 거리에 대한 경험법칙("티티우스-보데의 법칙")으로부터 화성궤도와 목성궤도 사이에도 행성이 존재할 것으로 예측했다. 그러던 중, 1801년 이탈리아의 천문학자 주세페 피아치(Giuseppe Piazzi; 1746∼1826)는 그러한 궤도를 도는 소행성 "세레스"(Ceres, 현재는 왜소행성으로 분류)를 발견했고, 곧 2.3∼3.3 천문단위(지구-태양 평균거리; 약 1억 5천만km)의 거리에 소행성대(asteroid belt)가 존재한다는 사실이 알려졌다. 현재까지 발견된 소행성은 6000여개가 넘으며, 대부분 그 궤도운동 특성이 확인되었다.

◆ 소행성의 크기와 모양

소행성은 행성보다 작은 태양계 내 천체다. 현재까지 발견된 바에 따르면 이들 가운데 약 200개는 크기가 200km 이상이고, 나머지는 그보다 작다. 이들 천체는 모양이 일정치 않으며, 대개 감자처럼 울퉁불퉁하게 생겼다. 크기는, 소행성이 배경 별을 가릴 때 (성식=星蝕=occultation) 직접 계산할 수 있다. 천문학자들은 대상 천체까지의 거리(소행성-태양 거리와 소행성-지구 거리)를 알고 있을 때 소행성의 반사율과 적외선(10㎛ 영역) 영역의 복사량을 이용, 그 크기를 계산한다.

◆ 소행성의 구성성분

소행성은 규모가 훨씬 작으며, 주로 광물로 이루어져 있다. 소행성에 대해서 표면 반사율을 측정, 구성성분에 대한 단서를 얻는다.

◆ 소행성의 궤도

소행성은 모두 태양을 초점으로 하는 타원궤도를 그리며, 궤도이심률은 0.1에서 0.3의 범위에 속하지만, 0.83인 것도 있다. 그리고 궤도경사각(소행성 궤도가 지구공전궤도와 이루는 각)은 30도 미만이다.

◆ 소행성의 대기

소행성의 대기행성 또는 위성이 대기를 갖기 위해서는 기체분자를 붙들어 둘 수 있을 만큼 강한 중력이 필요하다. 그렇게 되기 위해서는 천체가 충분히 큰 질량을 가져야만 한다. 예를 들어, 달은 질량이 작고 중력이 약하기 때문에 대기가 없다. 그런데 보통, 소행성은 그 질량이 달의 수 % 또는 그 이하이기 때문에 대기를 가질 수 없다.

 

2. 멋진 밤하늘을 수놓는 혜성. 과연 아름다움만이 혜성의 전부일까?

혜성은 핵(Nuncleus)과 코마(Coma)로 이루어진 머리, 태양풍에 의해 형성된 꼬리로 이루어져 있다. 혜성은 태양과 3AU정도 거리가 되면 태양열에 핵이 가열되어 가스와 먼지가 1km/s의 속도로 방출되기 시작, 지름이 10만km인 희박한 가스체 Coma를 형성한다.

얼음, 먼지, 바위 등 한마디로 불순물이 섞인 더러운 눈덩이와 같은 모습을 하고 있는 혜성의 핵은 그 크기가 평균 10km정도이고 물, 메탄, 시아노겐, 암모니아로 구성된 코마는 생명 진화의 출발점인 유기분자를 가지고 있어 혜성과 지구의 충돌이 오늘날 생명의 기원점이 된다는 설까지 나오게 하고 있다.

혜성의 꼬리는 크게 핵에서 나온 고체 입자들이 자신의 공전 궤도쪽으로 이탈해 나가는 구부러진 티끌 꼬리와 태양의 복사와 태양풍에 의해 혜성의 머리로부터 태양의 반대쪽으로 밀려나가는 곧게 뻗친 가스 꼬리로 나뉜다.

◆혜성의 종류

장주기 혜성
혜성의 대부분을 차지하는 장주기 혜성은 원일점이10,000 ~100,000AU 정도로 재부분 근일점을 지나는 동안에 관측이 가능하다. 때론 장주기 혜성은 행성의 선동에 의해 쌍곡선 궤도를 그리며 태양계를 이탈 해 버리기도 하고, 또 어떤 경우 혜성의 궤도가 면하여 조그만한 타원을 그리기도 한다.

단주기 혜성
모두 행성계 내에 돌고있는데, 그 종류는 혜성 궤도의 장반경 행성 거리와의 관계에 따라 목성족, 토성족, 천왕성족, 해왕성족으로 나뉜다. 목성족 혜성의 주기는 3~6년, 토성족 혜성은 11~18년, 천왕성족 혜성은 28~29년, 해왕성족 해성은 62~76년 정도이다. 목성족에 속하는 대표적인 혜성으로는 1816년 발견 된 엔케(Enke) 혜성으로 주기는 3.3년으로 가장 짧으며 리골렛(Rigollet) 혜성은 151년, 유명한 핼리(Halley) 혜성은 76년으로 해왕성족에 속하는 것을 알 수 있다.

◆ 충돌과 그 위험성 

고요한 밤을 가르는 별똥별은 지구 대기에 의해 산화하며 불꽃놀이처럼 아름답다. 하지만 옆의 그림처럼 지구를 삼킬듯한 물체와 충돌한다면 상상만해도 끔직하기만 하다. 보통 작은 물체들은 대기에 타버리고 지표까지 도달하지 못한다. 하지만 불과 직경 10M 정도의 물체도 인간에겐 매우 위험하다. 지구에 충돌하는 물체의 위험성은 충돌체의 크기와 운동에너지에 따라 달라질 수 있다.

▶ 크게 아래와 같은 세가지로 충돌체를 분류할 수 있다.

지표면에 도달하기전 부서지는 그룹

크레이터를 형성하며 지역적인 피해를 주는 그룹

거대 크레이터를 형성하고 지구 전체에 피해를 주는 그룹

이제 좀 더 자세하게 충돌체의 크기에 따른 충격이 얼마나 되는지 알아보기로 한다.

◆직경 10M - 100M 충돌체

직경 10M 충돌체가 지표면까지 도달한다면 최종속도는 20KM/S가 되고 약 100킬로톤의 폭발과 같다. 이 정도의 폭발은 히로시마 원폭의 수배에 달하는 것이다.

직경 100M 충돌체의 폭발 위력은 약 100메가톤급으로 거대한 수소폭탄의 위력과 맞먹는다. 만약 충돌이 일어난다면 600KM 밖까지 충격파가 전달될 것이다.

◆직경 100M - 1KM 충돌체

5000년 정도에 한번 꼴로 이러한 크기의 충돌이 일어나는데 평균적으로 150M 이상의 크레이터를 만들고 3KM에 달하는 크레이터를 만들수도 있다. 혜성이나 소행성으로 부터 떨어져 나온 암석등이 이러한 충돌체의 주를 이룬다.

◆직경 1KM - 5KM 충돌체

어쩌면 지구의 종말을 가져올지도 모를 상상치 못할 심각한 위력을 가지고 있다. 이러한 충돌은 약 300,000년에 한번정도 일어날 수 있다. 크기에 따라 다르지만 최소한의 충돌결과로도 다음과 같은 일이 일어날 수 있다.

일년이상 전세계 식량 파괴

지구 인구의 1/4 이상 사망

지구 기후의 핵겨울화

 

과연 우리는 어떻게 해야하나..?

<경희대 우주과학과 문경수님의 글입니다.>


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