행성 X
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1. 개요
행성 X는 19세기 말부터 해왕성 궤도의 이상 현상을 설명하기 위해 가상으로 제기된 행성이다. 퍼시벌 로웰은 행성 X를 탐색했지만 실패했고, 1930년 명왕성이 발견되면서 행성 X로 여겨졌으나, 질량이 너무 작아 탐색은 계속되었다. 파이오니아, 보이저 탐사선에 의해 외행성 질량이 정밀하게 측정되면서 외행성 궤도의 모순이 해소되어 행성 X 가설은 부정되었다. 이후 해왕성 바깥 천체(TNO)의 궤도를 설명하기 위해 플래닛 나인과 같은 새로운 행성 X 가설이 제시되었으며, 장주기 혜성의 기원과 관련하여 튀케와 같은 가설도 존재한다. 행성 X의 존재는 아직 명확히 밝혀지지 않았으며, 지속적인 연구가 진행 중이다.
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2. 천왕성·해왕성 궤도 이상과 행성 X
19세기 말, 많은 천문학자들은 해왕성 바깥쪽에 행성이 존재한다고 추측했다. 해왕성은 천왕성, 토성, 목성의 실제 궤도와 이론적인 계산 사이의 모순을 설명하기 위해 존 쿠치 애덤스나 위르뱅 르베리에 같은 수학자들의 계산으로 발견되었다. 그러나 해왕성 발견 이후에도 이 행성들의 궤도에는 여전히 오차가 있었고, 해왕성 자체의 궤도에도 오차가 발견되었다. 이러한 사실은 해왕성 바깥쪽에 또 다른 행성이 존재한다는 가설로 이어졌다.[1]
이러한 궤도 이상은 해왕성 바깥 천체들의 분포와 긴 주기 혜성의 기원을 설명하기 위해 제기되기도 했다.
2. 1. 퍼시벌 로웰의 행성 X 탐색
화성의 운하를 관측한 것으로 유명한 미국의 천문학자 퍼시벌 로웰은 해왕성 바깥쪽에 있다고 추측되는 가상의 행성을 '행성 X'라고 불렀다. 당시에는 8개의 행성밖에 알려지지 않았고, X는 10을 뜻하는 로마 숫자가 아니라 미확인을 의미했다. 로웰은 1909년까지 행성 X를 탐색했고, 새로운 행성의 위치 예측값을 수정하여 1913년부터 1915년까지 다시 탐색했지만, 행성 X를 발견할 수 없었다. 이후, 로웰은 자신이 계산한 행성 X의 궤도 매개변수 가설을 발표했다. 아이러니하게도, 1915년에 로웰 천문대에서 명왕성의 어두운 이미지가 2장 촬영되었지만, 당시에는 행성이라고 인식되지 않았다.[1]2. 2. 명왕성의 발견과 행성 X 논쟁
1930년 클라이드 톰보가 명왕성을 발견했을 때, 이 천체는 곧 행성 X로 여겨졌다.[1] 그러나 명왕성의 질량은 해왕성의 궤도 이상을 설명하기에는 너무 작다는 사실이 밝혀졌고, 행성 X 탐색은 계속되었다.[1] 톰보는 명왕성 발견 후에도 다른 행성을 찾기 위해 황도 위를 계속 탐색했지만, 행성 X를 발견하지는 못했다.[3]1992년 (15760) 알비온이 발견된 이후, 수천 개 이상의 해왕성 바깥 천체가 발견되었다.[4] 이 천체들 대부분은 카이퍼 대 천체로 분류되며, 명왕성 역시 가장 큰 카이퍼 대 천체 중 하나로 여겨진다.[4] 이로 인해 명왕성을 행성으로 봐야 할지에 대한 논쟁이 일어났고,[4] 2006년 국제천문연맹(IAU)은 행성의 정의를 새롭게 규정하면서 명왕성은 왜소 행성으로 분류되어 행성 X 논쟁은 새로운 국면을 맞이했다.[4]
3. 해왕성 바깥 천체(TNO)와 새로운 행성 X 가설
행성 X 가설은 천왕성과 해왕성의 궤도 운동에서 이론과 모순이 발견되면서 처음 제기되었다. 초기에는 9번째 행성으로, 1930년 명왕성 발견 이후에는 10번째 행성으로 불렸다. 이 모순은 이후 관측으로 거의 해소되었지만, 20세기 말 이후 발견된 수많은 해왕성 바깥 천체(TNO)의 분포나 긴 주기 혜성의 기원을 설명하기 위해 다시 행성 X 존재 가설이 제기되고 있다.
1992년 (15760) 알비온이 발견된 이후, 천 개 이상의 해왕성 바깥 천체가 발견되었다. 이들 천체는 대부분 카이퍼 대 천체(EKBO)로, 해왕성 바깥쪽 황도면에서 공전하는 얼음 천체이며, 태양계 형성 시기에 남겨진 것으로 여겨진다.
비교적 원에 가까운 궤도를 가진 EKBO의 분포는 태양으로부터 55천문 단위 부근에서 갑자기 끝나고, 그 바깥쪽에는 이심률과 궤도 경사각이 큰 산란 원반 천체(SDO)가 존재한다. 이는 55천문 단위보다 바깥쪽에 행성 크기의 천체가 존재하기 때문이라는 추측이 있다.
3. 1. 플래닛 나인 (Planet Nine) 가설
캘리포니아 공과 대학교 연구진은 콰오아, 세드나, 에리스와 같은 천체는 질량이 너무 작기 때문에, 55천문 단위 부근에서 분포가 갑자기 끝나고, 그 바깥쪽에 이심률과 궤도 경사각이 큰 산란 원반 천체 (SDO) 가 존재하는 이유를 설명하기 위해 새로운 행성 X 가설을 제시했다. 이 천체들은 2002년, 2004년, 2005년에 각각 발견되었거나 궤도가 확정되었다.
2008년 고베 대학 연구진은 행성 X의 예상 궤도를 계산했다.[1][2] 이 궤도는 천왕성과 해왕성이 원래 현재 위치보다 안쪽에서 탄생하여 목성과 토성의 중력 섭동으로 바깥쪽으로 이동했다는 가설에 기초한다. "행성 X"는 지구 질량의 0.3~0.7배, 직경은 지구보다 약간 작고, 궤도 경사각은 20~40도, 궤도 장반경은 100~175천문 단위(케플러의 법칙에 따르면 공전 주기는 약 1,000~2,300년), 근일점은 80천문 단위 이상, 근일점 부근 밝기는 14~18등급으로 추정된다. 이 예상에 기초하여 도쿄 대학 기소 관측소와 하와이 판스타스 1의 탐사 계획이 시작되었으나, 발견되지 않았다.
2016년 1월 20일, 캘리포니아 공과 대학교의 콘스탄틴 바티긴과 마이클 브라운은 세드나 등 태양계 외연 천체 6개의 궤도로부터 "지구 질량의 10배인 천체가 해왕성의 20배 이상 먼 궤도를 10,000~20,000년에 걸쳐 태양을 공전한다"는 연구 결과를 발표했다. 연구자들은 이 천체를 "Planet Nine"이라 불렀다. Planet Nine이 존재하면, 그 영향으로 태양계 행성 궤도면과 수직인 궤도를 가진 태양계 외연 천체가 존재할 것으로 예측되었고, 그러한 궤도를 가진 천체 4개가 이미 발견되었다. 브라운은 "궤도상 가장 먼 위치에 있다면, W. M. 켁 천문대의 켁 I, 켁 II 망원경이나 스바루 망원경 등 세계 최대급 망원경이 필요하다"고 말했다.
3. 2. 대한민국 연구진의 기여
2008년 고베 대학의 패트릭 소피아 리카피카 연구원(당시; 현 킨키 대학 부교수)과 무카이 타다시 교수(당시; 현 명예 교수) 등은 행성 X의 예상 궤도를 산출했다.[1][2] 이 예상 궤도는 천왕성과 해왕성이 원래 현재 위치보다 안쪽에서 탄생하고, 목성이나 토성의 중력에 의한 섭동으로 바깥쪽으로 이동했다는 가설에 기초한다. 현재 해왕성 궤도 부근에서 탄생한 천체가 해왕성에 밀려나 바깥쪽으로 이동했다고 가정하여 시뮬레이션한 것이다.시뮬레이션 결과 "행성 X"의 질량은 지구의 0.3~0.7배(명왕성이나 에리스 질량은 지구의 약 0.002배), 직경은 지구보다 약간 작고, 궤도 경사각은 20~40도, 궤도 장반경은 100~175천문 단위(케플러의 법칙에 따라 공전 주기는 약 1,000~2,300년), 근일점은 80천문 단위 이상, 근일점 부근에서의 밝기는 14~18등급으로 예측되었다. 이 예측을 바탕으로 2009년 가을부터 도쿄 대학 기소 관측소와 하와이 판스타스 1 망원경을 이용한 탐사 계획이 시작되었으나, 행성 X는 발견되지 않았다.[1][2]
4. 장주기 혜성의 기원과 행성 X
오르트 구름은 장주기 혜성의 기원으로 여겨진다. 2010년, 미국의 존 마테세와 다니엘 휘트미어는 오르트 구름 근처에 목성 질량의 약 4배 정도 되는 가스 행성 "튀케"가 존재하여 장주기 혜성의 궤도에 영향을 미친다는 가설을 제시했다.[4][5] 그러나 2014년, 광역 적외선 탐사 위성(WISE)의 관측 데이터를 분석한 결과, "태양으로부터 26,000 AU 이내에 새로운 목성 질량 이상의 천체는 존재하지 않으며, 또한 10,000 AU 이내에서는 토성 질량의 천체도 존재하지 않는다"는 결론이 나왔다.[4][5] 따라서 2010년 논문에서 예측했던 튀케는 존재하지 않는 것으로 밝혀졌다.
참고로, 태양계에는 이미 “Tyche”라고 정식으로 명명된 소행성이 존재한다.
5. 결론 및 전망
행성 X 탐색은 19세기부터 현재까지 천문학계의 오랜 숙제였다. 천왕성과 해왕성 궤도의 이론적 모순, 해왕성 바깥 천체(TNO) 분포, 긴 주기 혜성의 기원 등을 설명하기 위해 행성 X의 존재 가설이 제기되었다. 1930년 클라이드 톰보가 명왕성을 발견했지만, 명왕성은 행성 X로 여겨졌던 것보다 질량이 작아 탐색은 계속되었다.[1][2]
2006년 국제천문연맹(IAU) 총회에서 명왕성은 왜소 행성으로 재분류되었다. 이후 2008년 고베 대학 연구진은 시뮬레이션을 통해 행성 X의 예상 궤도를 제시하고, 도쿄 대학 기소 관측소와 판스타스 1을 이용한 탐사 계획을 시작했지만, 행성 X는 발견되지 않았다.
2016년 캘리포니아 공과 대학교의 콘스탄틴 바티긴과 마이클 브라운은 세드나 등 태양계 외연 천체 6개의 궤도를 분석하여, "Planet Nine"이라는 가칭의 천체가 존재할 가능성을 제시했다. 이 천체는 지구 질량의 10배로, 해왕성보다 20배 이상 먼 궤도를 10,000~20,000년에 걸쳐 공전할 것으로 예측되었다.
2010년에는 오르트 구름 부근에 목성 질량의 4배 크기인 가스 행성 "튀케"의 존재 가설이 제기되었으나, 2014년 WISE(광역 적외선 탐사 위성) 관측 데이터 분석 결과 튀케의 존재는 부정되었다.[4][5]
결론적으로, 행성 X의 존재는 아직 명확하게 밝혀지지 않았다. 앞으로도 지속적인 관측과 연구를 통해 행성 X의 실체가 드러날 수 있을지, 아니면 새로운 이론이 등장할지 주목해야 한다.
참조
[1]
뉴스
太陽系「惑星X」発見するぞ…長野・ハワイの天文台、観測スタート
http://osaka.yomiuri[...]
読売新聞
2009-10-05
[2]
뉴스
「惑星X」を探せ 海王星軌道の彼方、神戸大が本格探査
http://www.itmedia.c[...]
産経新聞（ITmedia）
2010-07-05
[3]
웹사이트
太陽系外縁部に歪み、未知の惑星による影響の可能性
https://www.astroart[...]
2018-03-26
[4]
뉴스
NASA's WISE Survey Finds Thousands of New Stars, But No 'Planet X'
http://www.jpl.nasa.[...]
[5]
간행물
A SEARCH FOR A DISTANT COMPANION TO THE SUN WITH THE WIDE-FIELD INFRARED SURVEY EXPLORER
https://iopscience.i[...]
The Astrophysical Journal
2014-03-28
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