러브조이 혜성 (2011년)

3. 궤도

러브조이 혜성은 궤도 긴반지름이 118억 km(78.9AU^[36]), 공전 주기가 698년^[36]인 장주기 혜성이다. 근일점은 83만 km(0.00555AU^[36])로, 크로이츠군^[29][33]에 속하는 선그레이저이다. 이 근일점 거리는 태양 반지름 69만 6000 km(0.00467AU)와 매우 가까워, 태양 표면으로부터 가장 가까울 때는 약 13만 2000 km까지 접근한다. 이는 지구와 달 사이 거리의 약 1/3에 해당하며, 태양 반지름의 1.2배 거리이다^[35]。

이처럼 태양에 매우 가까이 접근하는 혜성은 보통 100만℃가 넘는 태양 코로나에 의해 증발하거나, 태양과 충돌하거나, 강력한 조석력에 의해 산산조각 나는 경우가 많다. 실제로 크로이츠군 혜성들은 과거에 하나의 거대한 혜성이 부서져 생성된 것으로 여겨진다^[33][35][43]。 하지만 혜성의 크기가 충분히 크다면 증발하지 않고 근일점을 통과하여 살아남을 수 있다는 예측도 있었다. 러브조이 혜성 역시 발견 초기에는 크기가 작아 소멸할 것으로 예상되었으나^{[29][30][31][34][43]}, 실제로는 태양에 매우 가깝게 접근하고도 소멸하지 않고 살아남은 최초의 관측 사례가 되었다^[33]。 이에 대해 미국 항공우주국(NASA)은 전문가 칼 배텀스(Karl Battams)의 "It's absolutely astounding|정말로 놀랍다^eng"는 평가를 소개하기도 했다^[33][39]。 러브조이 혜성은 소멸하지 않고 근일점을 통과한 혜성 중 세 번째로 태양에 가까이 접근한 기록을 가지고 있다^[36][44]。

근일점을 통과할 당시 러브조이 혜성은 태양의 뒤편에 위치하여 지구에서는 관측할 수 없었다^[45]。 약 50분 후^[38], 태양 최근접점을 통과하여 살아남은 모습은 SOHO, 히노데, SDO, STEREO-A와 B, Proba-2 등 여러 국가의 태양 관측 위성에 의해 총 18개의 관측 장비로 포착되었다^{[30][32][39][46]}。 이때의 겉보기 등급은 -1.2에서 -0.8등급으로 추정된다^[47]。 또한, 근일점 통과 시 혜성의 꼬리가 태양을 사이에 두고 양쪽으로 뻗어 나오는 모습도 관측되었다^[48]。

2012년1월 7일, 러브조이 혜성은 지구에 가장 가까이 접근하여 약 7,470만 km (0.4990AU) 떨어진 거리를 통과했다^[36]。

혜성의 이심률은 0.999929^[36]로 1에 매우 가까우며, 궤도 경사각은 134도^[36]로 크게 기울어진 역행 궤도를 가진다. 이러한 궤도 특성 때문에 행성의 섭동 영향을 크게 받지 않고 장주기 혜성으로서 다시 태양계 내부로 돌아올 것으로 예상된다^[32][38]。 현재 측정된 궤도 요소를 바탕으로 계산하면, 다음 근일점 통과는 2706년에서 2713년 사이가 될 것으로 보인다.

근일점 통과 전, 러브조이 혜성의 핵 크기는 100m에서 200m 정도로 추정되었다^[33][49]。 이는 일반적인 크로이츠군 혜성보다 10배 이상 큰 크기이다^[33][35]。 근일점을 통과하며 살아남았다는 사실을 바탕으로, 실제 핵의 크기는 약 500m에 달했을 것으로 재추정되었다^[32][33][37]。 태양에 매우 가까이 접근했기 때문에 핵 질량의 상당 부분이 증발했을 것으로 생각되지만^[33], 근일점 통과 후에도 이온 꼬리가 계속 뻗어 나가며 태양 자기장과 상호작용하는 모습이 관측되었다^[37][32][33]。 이는 꼬리를 형성하는 물질이 아직 고갈되지 않았음을 시사한다^[32]。 또한, 조석력에 의해 핵이 분열된 흔적은 관측되지 않았으나, 근일점 통과 후 핵의 형태가 뚜렷한 막대 모양으로 변한 것이 관측되었다^[47]。

4. 관측

러브조이 혜성은 2011년 11월 27일, 퀸즐랜드주 쏜랜즈의 테리 러브조이가 20cm 슈미트-카세그레인 망원경과 QHY9 CCD 카메라를 사용하여 혜성 조사를 하던 중 발견했다.^[6] 이는 테리 러브조이가 발견한 세 번째 혜성이었으며, 그는 이 혜성을 13등급의 "빠르게 움직이는 흐릿한 물체"라고 보고하고 며칠간 추가 관측을 진행했다.^[6][3]

혜성에 대한 독립적인 확인은 12월 1일 뉴질랜드 마운트 존 대학교 천문대의 앨런 C. 길모어와 패멀라 M. 킬마틴이 100cm 맥렐란 망원경을 사용하여 이루어졌다. 확인 후 중앙 천문 전보국에 공식 보고되었고, 혜성의 존재는 12월 2일 소행성 센터에 의해 발표되었다.^[6] 이는 40년 만에 지상 관측으로 발견된 최초의 크로이츠군 혜성이었다.^[24]

12월 2일, 소행성 센터의 가레스 윌리엄스는 가정한 포물선 궤도를 사용한 최초의 궤도 요소를 발표했다. 근일점은 0.0059 AU로 추정되었고, 통과 시점은 12월 15일과 16일 사이 자정 UTC로 예상되었다. 이후 며칠간 수정된 계산이 발표되었으며, 12월 11일에는 최초의 타원 궤도가 발표되어 근일점을 12월 16일 자정 직후 0.0055 AU로 추정했다.

우주에서의 관측은 12월 3일 STEREO-A 우주선에서 처음 시작되었고, 12월 14일에는 SOHO 우주선에서도 관측되었다. 혜성이 태양에 접근하면서 STEREO-A 및 -B, SOHO, SDO, 히노데 및 PROBA2 등 총 6개의 위성에 탑재된 18개의 서로 다른 기기로 관측이 이루어졌다.

근일점 통과 전인 12월 12일과 13일의 STEREO 이미지에서는 러브조이 혜성을 따르는 작은 혜성이 발견되었으며^[35][51], 12월 14일에는 SOHO 이미지에서 Zhijian Xu에 의해 또 다른 작은 동반 혜성이 감지되어 STEREO 쌍둥이 우주선에서도 확인되었다. 이 동반 혜성들은 수십 년 전에 러브조이 혜성에서 분리된 작은 파편으로 추정된다.^[34][38] 이러한 발견은 크로이츠군 혜성이 종종 더 작은 동반자를 동반하는 경향이 있어 어느 정도 예상된 결과였다. 또한 촬영된 이미지에서는 혜성의 꼬리가 명확하게 분단된 모습도 포착되었다.^[38]

러브조이 혜성은 가장 밝을 때 –3에서 –4 사이의 겉보기 등급을 나타냈으며, 이는 금성의 최대 밝기(-4.6등급)에 필적하는 수준이다.^[38][34] 이는 SOHO가 관측한 태양 근접 혜성 중 가장 밝은 것이며, 시각 등급 –5.5로 빛났던 2007년의 맥노트 혜성 이후 나타난 가장 밝은 혜성이었다.^[35] 이케야·세키 혜성에 필적하는 밝기가 될 것이라는 예측도 있었다.^{[32][41][38][43][50]} 그러나 러브조이 혜성은 태양에 극히 가까이 접근했기 때문에 최대 밝기일 때 실제로는 육안으로 거의 보이지 않았으며^[34], 최대 등급에 도달하기 전에도 육안으로 뚜렷하게 보일 정도로 밝아졌다.^[29]

근일점 통과 전에 러브조이 혜성의 핵 크기는 100m~200m로 예상되었으나^[33][49], 이는 일반적인 크로이츠군 혜성보다 10배 이상 큰 크기였다.^[33][35] 혜성이 근일점에서 증발하지 않고 살아남았기 때문에, 실제 핵의 크기는 약 500m로 추정된다.^[32][33][37] 태양에 극히 가까운 거리를 통과하면서 핵 질량의 대부분이 증발했을 것으로 생각된다.^[33] 그럼에도 불구하고, 근일점 통과 후에도 이온 꼬리가 계속 뻗어 나가며 태양의 자기력선과 상호 작용하는 모습이 관측되었다.^[37][32][33] 이는 꼬리를 형성하는 물질이 아직 고갈되지 않았음을 시사한다.^[32] 또한, 조석력에 의해 핵이 분열된 모습은 관측되지 않았으나, 핵의 형태가 근일점 통과 후에 명확하게 막대 모양으로 변화한 것이 관측되었다.^[47]

러브조이 혜성은 주로 남반구에서 관측되었다.^[32]

5. 근일점 통과

12월 11일 발표된 타원 궤도 계산에 따르면, 러브조이 혜성은 12월 16일 00시 직후 UTC에 0.0055 AU 거리에서 근일점을 통과할 것으로 예측되었다.

혜성이 태양에 접근하면서 STEREO-A 및 -B, SOHO, SDO, 히노데, PROBA2 등 6개 위성에 탑재된 18개의 기기로 관측되었다. 12월 14일 SOHO 이미지에서는 Zhijian Xu에 의해 작은 동반 혜성이 발견되었으며, 이는 수십 년 전에 러브조이 혜성에서 분리된 파편으로 추정된다.^[34][38] 이러한 발견은 크로이츠군 혜성이 종종 더 작은 동반자를 동반하는 것으로 알려졌기에 예상된 결과였다.

러브조이 혜성은 가장 밝을 때 –3에서 –4 사이의 겉보기 등급을 나타냈으며, 이는 금성과 비슷한 밝기이다. 이는 SOHO가 관측한 가장 밝은 태양 근접 혜성이며, 시각 등급 –5.5로 빛났던 2007년의 맥노트 혜성 이후 나타난 가장 밝은 혜성이었다.^{[32][41][38][43][50]} 그럼에도 불구하고 러브조이 혜성은 태양에 매우 가까이 접근했기 때문에 최대 밝기일 때 육안으로 거의 보이지 않았다.^[34]

러브조이 혜성은 2011년 12월 16일 00시 17분 UTC에 근일점에 도달했으며, 태양 표면으로부터 약 140000km 떨어진 지점을 536 km/s의 속도, 즉 광속의 0.18% 속도로 통과했다.^[9] 당시 혜성은 태양 코로나의 극한 조건(온도가 100만 켈빈 이상으로 치솟고 약 1시간 동안 노출) 때문에 생존하지 못할 것으로 예상되었다.^{[29][30][31][34][43]} 그러나 태양 역학 관측소(SDO) 및 기타 태양 관측 우주선들은 혜성이 코로나를 온전하게 빠져나오는 것을 관측했다.^{[10][11][12][33]} 이는 태양에 매우 근접하고도 소멸하지 않은 혜성으로는 최초의 관측 사례가 되었다.^[33] STEREO와 SOHO 우주선은 혜성이 태양에서 멀어지는 것을 계속 관측했다.^[12]

근일점 통과 전 러브조이 혜성의 핵 직경은 100m에서 200m 사이로 추정되었다.^[33][49] 이는 일반적인 크로이츠군 혜성보다 10배 이상 큰 크기이다.^[33][35] 혜성이 근일점을 통과한 후 살아남았기 때문에, 핵의 크기는 이전에 생각했던 것보다 더 컸을 것으로 보이며, 아마도 500m에 이를 것으로 추정된다.^{[18][32][33][37]} 코로나 통과 과정에서 혜성 질량의 상당 부분이 증발한 것으로 여겨지지만,^[12][33] 근일점 통과 후에도 이온 꼬리가 관측되어 꼬리의 근원이 되는 물질이 아직 고갈되지 않았음을 보여주었다.^[37][32][33] 또한, 조석력에 의해 핵이 분열된 모습은 관측되지 않았고, 핵의 형태가 근일점 통과 후에 명확하게 막대 모양으로 변화한 것이 관측되었다.^[47]

6. 물리적 성질

러브조이 혜성은 크로이츠군^[29][33]에 속하는 선그레이저이자 장주기 혜성이다. 근일점 통과 전 혜성의 핵 크기는 100m에서 200m 사이로 추정되었는데^[33][49], 이는 통상적인 크로이츠군 혜성보다 10배 이상 큰 크기이다^[33][35]. 혜성이 태양의 코로나를 통과하면서도 살아남았기 때문에, 실제 핵의 크기는 이보다 더 큰 약 500m에 달할 것으로 추정된다^{[18][32][33][37]}. 코로나를 통과하는 과정에서 혜성 질량의 상당 부분이 증발했을 것으로 여겨지지만^[12][33], 근일점 통과 후에도 이온 꼬리가 계속 관측되는 것으로 보아 꼬리를 만드는 물질이 완전히 고갈되지는 않은 것으로 보인다^[37][32][33]. 조석력에 의해 핵이 분열된 흔적은 관측되지 않았으나, 근일점 통과 후 핵의 형태가 명확하게 막대 모양으로 변한 것이 관측되었다^[47].

2012년 1월 7일, 러브조이 혜성은 지구에 가장 근접하여 약 7,470만 km (0.4990 AU) 떨어진 거리를 통과했다^[36].

혜성의 궤도 요소는 다음과 같다.

이 혜성의 근일점 거리는 소멸하지 않고 태양을 통과한 혜성 중 세 번째로 가까운 기록이다^[36][44]. 궤도의 특성상 행성의 섭동을 거의 받지 않고 장주기 혜성으로서 다시 돌아올 것으로 예상되며^[32][38], 다음 근일점 통과는 2706년에서 2713년 사이가 될 것으로 보인다.

러브조이 혜성은 주로 남반구에서 관측되었으며^[32], 최대 밝기는 겉보기 등급 -3에서 -4등급에 달했다^[38]. 이는 2007년의 맥노트 혜성 이후 가장 밝은 혜성이었으며, 이케야·세키 혜성에 필적하는 밝기가 될 것이라는 예측도 있었다^{[32][41][38][43][50]}. 이 밝기는 금성의 최대 밝기(-4.6등급)와 비슷하지만, 태양에 매우 가까이 있었기 때문에 실제로는 그만큼 밝게 보이지는 않았다^[34]. 그럼에도 불구하고, 최대 밝기에 도달하기 전에도 육안으로 뚜렷하게 보일 정도로 밝아졌다^[29]. 또한 SOHO가 관측한 혜성 중 가장 밝은 혜성이기도 하다^[35]. 근일점 통과 시의 겉보기 등급은 -1.2에서 -0.8로 추정된다^[47]. 이때 꼬리가 태양을 사이에 두고 양쪽으로 뻗어 나오는 모습도 관측되었다^[48].

근일점 통과 전인 12월 12일에서 13일 사이의 영상에서는 러브조이 혜성을 따라가는 작은 혜성이 발견되기도 했다^[35][51]. 이는 수십 년 전에 러브조이 혜성에서 분열된 작은 파편으로 생각된다^[34][38]. 또한, 촬영된 이미지에서는 혜성의 꼬리가 명확하게 분단된 모습도 포착되었다^[38].

7. 아웃바운드 비행

2011년 12월 16일 19:55 (UTC)에 릭 발드리지와 푸트힐 천문대의 브라이언 데이가 러브조이 혜성의 근일점 통과 후 첫 지상 관측을 했다. 발드리지는 혜성의 등급을 -1등급으로 추정했다.^[6] 혜성 발견자 테리 러브조이는 12월 17일 01:12와 20:24 (UTC)에 두 번의 관측을 실시했으며, 겉보기 등급은 각각 -1.2와 -0.8로 추정되었다.^[6]

12월 20일 08:00 (UTC)경 촬영된 이미지는 혜성에 상당한 변화가 있었음을 시사했다. 피에르 오제 관측소의 로봇 FRAM 망원경을 사용하여 체코 천문학자 야쿠프 체르니가 촬영한 이 이미지들은 "핵이 막대 모양으로 변했고 밝은 꼬리 광선이 동반되었다"는 것을 나타냈다.^[6][25]

러브조이 혜성은 약 12월 21일~22일경 남반구에서 육안으로 관측할 수 있는 천체로 다시 나타났으며,^[19] 이 시기에 우주 비행사 댄 버뱅크가 국제 우주 정거장에서 이 혜성을 촬영했다.^[4][23] 지상 관측 사진가들은 혜성의 이미지를 계속 촬영했고, 혜성은 약 4등급으로 어두워졌다.^[4] 러브조이는 2012년 초까지 남반구 관측자들에게 계속 보였겠지만, 2월에 북반구로 넘어올 때쯤에는 혜성을 보기 위해 대형 망원경이 필요했을 것이다.^[20]

근일점을 지난 후 혜성이 태양에 가까이 접근하면서 생긴 스트레스 때문에 혜성이 붕괴될 수 있다는 우려가 제기되었다.^[15] 관측자들이 더 잘 보이는 꼬리 속에서 뚜렷한 핵을 찾을 수 없다는 점이 이러한 생각을 뒷받침했다;^[20] 피에르 오제 관측소의 관측을 통해 즈데넥 세카니나와 폴 코다스는 12월 19일에 대규모 먼지 분출이 있은 후 며칠 동안 핵이 근일점을 통과했지만, 12월 20일에 핵이 "파국적인 파편화" 현상을 겪고 완전히 사라졌다고 판단했다.^[27]

만약 핵의 일부가 살아남았다면, 러브조이 혜성의 궤도의 이심률과 경사각은 행성으로부터의 상당한 섭동을 피하여 혜성이 다시 근일점을 통과할 가능성이 있다.^[15] 2050년 역기점 솔루션을 사용하면 러브조이 혜성의 궤도는 약 622년이며, 2633년경에 근일점을 다시 통과할 것으로 추정된다.^[26]

8. 가능한 파편화 역사

2012년 세카니나와 초다스가 계산한 타원 궤도에 따르면, 러브조이 혜성은 과거 기록되지 않은 태양 근접 혜성의 파편으로 추정된다. 이 파편은 1329년경 근일점에 도달했던 것으로 보인다. 이들의 가설에 따르면, 러브조이 혜성의 기원이 되는 모체 혜성은 서기 467년에 관측된 혜성일 가능성이 있다. 이 모체 혜성은 태양 근처를 지나가면서 강한 조석력에 의해 분열된 것으로 추정된다.

이 분열 과정에서 생긴 주요 파편(또는 조석력에 의해 분열되지 않은 부분)은 1106년 대혜성으로 돌아왔다. 하지만 이때 함께 생성된 다른 파편은 더 긴 궤도 주기를 가지게 되어 1329년경에 다시 태양 근처로 돌아왔다. 이 파편 역시 근일점에서 다시 분열되었으며, 이때 생긴 주요 파편은 약 2200년경에 더 많은 파편 무리로 돌아올 것으로 예상된다.

1329년 분열 당시 갈라져 나온 또 다른 파편은 더 짧은 주기를 가지게 되어, 이론상 21세기 초에 태양계 안쪽으로 돌아왔어야 했다. 이 파편이 근일점 통과 이후 어떤 시점에서 조석력이 아닌 다른 힘(비조석력)에 의해 다시 분열되었고, 그 결과물 중 하나가 바로 러브조이 혜성이라는 것이다. 이와 유사한 다른 파편들도 존재할 수 있으며, 가까운 미래에 새로운 태양 근접 혜성으로 관측될 가능성이 있다.^[27]

9. 갤러리

참조

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