명왕성
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1. 개요
명왕성은 1930년 클라이드 톰보에 의해 발견된 왜소행성이다. 한때 태양계의 아홉 번째 행성으로 분류되었으나, 2006년 국제천문연맹(IAU)의 행성 정의 변경으로 인해 왜소행성으로 강등되었다. 명왕성은 질소, 메탄, 일산화탄소로 이루어진 얇은 대기를 가지고 있으며, 5개의 위성(카론, 닉스, 히드라, 케르베로스, 스틱스)을 거느리고 있다. 궤도는 매우 길쭉한 타원형이며, 해왕성과 3:2 궤도 공명 관계를 보인다. 2015년 NASA의 뉴 허라이즌스 탐사선이 명왕성을 근접 통과하며 상세한 표면 및 대기 정보를 얻었다.
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90482 오르쿠스는 2004년에 발견된 해왕성 바깥 천체로, 로마 신화의 저승 신 오르쿠스의 이름을 따서 명명되었으며, 플루토와 유사한 크기와 궤도를 가지고 2:3 궤도 공명으로 해왕성을 공전하며, 물 얼음, 톨린, 탄소 화합물로 이루어진 표면과 위성 반스를 가지고 있다. - 명왕성족 - 28978 익시온
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클라이드 윌리엄 톰보는 미국의 천문학자로, 1930년 명왕성 발견과 더불어 수많은 변광성, 소행성, 혜성을 발견했으며, 로웰 천문대 근무, 캔자스 대학교 학위 취득, 해군 항해술 교육, 뉴멕시코 주립대학교 교수 재직 등 다방면으로 활동했다.
| 명왕성 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 명칭 | 134340 명왕성 |
| 기호 | [[File:Pluto monogram (bold).svg|24px|♇|class=skin-invert]] 또는 [[File:Pluto symbol (large orb, bold).svg|24px|⯓|class=skin-invert]] |
| 소행성체 분류 | 왜행성 해왕성 바깥 천체 카이퍼대 천체 플루티노 |
| 발견자 | 클라이드 톰보 |
| 발견일 | 1930년 2월 18일 |
| 발견 장소 | 로웰 천문대 |
| 명명 유래 | 플루토 |
| 영어 이름 | Pluto |
| 일본어 이름 | 冥王星 |
| 로마자 표기 | Myeongwangseong |
| 형용사 | 명왕성의 |
| 궤도 정보 | |
| 궤도 기준점 | J2000 |
| 가장 빠른 관측일 | 1909년 8월 20일 |
| 원일점 | 49.305 AU (73억 7593만 km) 2114년 2월 |
| 근일점 | 29.658 AU (44억 3682만 km) 1989년 9월 5일 |
| 궤도 긴반지름 | 39.482 AU (59억 638만 km) |
| 궤도 이심률 | 0.2488 |
| 궤도 경사 | 17.16° (태양 적도면 기준 11.88°) |
| 승교점 경도 | 110.299° |
| 근일점 편각 | 113.834° |
| 공전 주기 | 247.94년 90,560일 |
| 회합 주기 | 366.73일 |
| 평균 공전 속도 | 4.743 km/s |
| 평균 궤도 이각 | 14.53° |
| 지난 근일점 통과 | 1984년 12월경 |
| 다음 근일점 통과 | 2233년경 |
| 물리적 특징 | |
| 위성 수 | 5 |
| 평균 반지름 | 1188.3 ± 0.8 km 지구의 0.1868배 |
| 지름 | 2376.6 ± 1.6 km (관측 결과는 구형과 일치하며, 예측되는 편차는 관측하기에 너무 작음) |
| 표면적 | 17,744,430 km² 지구의 0.035배 |
| 부피 | 7,057,000,000 km³ 지구의 0.00651배 |
| 질량 | 1.3025 ± 0.0006 × 10^22 kg 지구의 0.00218배 달의 0.177배 |
| 평균 밀도 | 1.853 ± 0.004 g/cm³ |
| 표면 중력 | 0.620 m/s² |
| 탈출 속도 | 1.212 km/s |
| 자전 주기 | -6.38680일 -6일 9시간 17분 00초 |
| 항성일 | -6.387230일 -6일 9시간 17분 36초 |
| 자전 속도 | 47.18 km/h |
| 자전축 기울기 | 122.53° (궤도 기준) |
| 북극점 적경 | 132.993° |
| 북극점 적위 | -6.163° |
| 기하학적 알베도 | 0.52 |
| 본드 알베도 | 0.72 |
| 겉보기 등급 | 13.65 ~ 16.3 (평균 15.1) |
| 절대 등급 | -0.44 |
| 각크기 | 0.06" ~ 0.11" |
| 편평도 | <1% |
| 대기 | |
| 대기 존재 여부 | 예 |
| 최소 표면 온도 | 33 K |
| 평균 표면 온도 | 44 K (-229 °C) |
| 최대 표면 온도 | 55 K |
| 표면 압력 | 1.0 Pa (2015년) |
| 대기 성분 | 질소 메탄 일산화탄소 |
2. 발견
1840년대 위르뱅 르베리에와 존 카우치 애덤스는 천왕성 궤도의 섭동을 분석하여 해왕성의 존재와 위치를 예측했다.[278] 그러나 해왕성 발견 후에도 궤도 오차가 발견되어, 해왕성 바깥에 다른 행성이 있을 것이라는 추측이 나왔다. 퍼시벌 로웰은 이 미지의 행성을 '행성 X'라 명명하고 탐사 프로젝트를 시작했으나, 실제 명왕성의 질량은 해왕성 궤도에 영향을 줄 만큼 크지 않아 우연히 발견되었다고 볼 수 있다.[278]
로웰은 천문대를 건설하고 행성 X 탐사 프로젝트를 진행했지만, 1916년 사망할 때까지 찾지 못했다. 로웰 사후, 클라이드 톰보가 1929년 탐사를 재개했다.[279] 톰보는 천체 사진을 이용해 1930년 2월 18일 명왕성을 발견했다.[279] 로웰 천문대는 발견 소식을 1930년 3월 13일 하버드 대학 천문대에 전보로 알렸다.[279] 이후 1915년 3월 19일에 촬영된 명왕성 사진도 발견되었다.[209]
톰보는 당시 최신 기술이었던 천체 사진을 이용하여, 같은 지역의 하늘을 2주 간격으로 촬영한 후, 깜빡 비교기를 통해 사진 사이에서 위치가 바뀌는 천체를 찾는 방식으로 탐색을 진행했다. 1930년 2월 18일, 톰보는 1월 23일과 1월 29일에 촬영된 사진에서 움직이는 천체를 발견했으며, 1월 20일에 촬영된 사진도 움직임을 확인하는 데 도움이 되었다.[209]
명왕성 발견에 큰 영향을 미친 퍼시벌 로웰은 1905년부터 로웰 천문대에서 제9행성 탐색 프로젝트를 시작했다. 로웰은 1916년 사망할 때까지 탐색을 계속했지만, 그의 사후 천문대 소유권을 둘러싼 법적 분쟁으로 인해 탐색은 중단되었다가 1929년에 재개되어 1930년 톰보의 발견으로 이어졌다.
명왕성은 발견 당시에는 해왕성 궤도 섭동의 원인으로 생각되었으나, 실제로는 질량이 너무 작아 섭동을 일으킬 수 없다는 것이 밝혀졌다. 19세기에 관측된 해왕성 궤도의 오차는 해왕성 질량 추정 오류 때문이었다. 명왕성이 로웰의 예측과 비슷한 위치에서 발견된 것은 우연의 일치였다.[210]
2. 1. 이름
명왕성의 이름 '플루토(Pluto)'는 로마 신화에 나오는 저승의 신의 이름에서 유래했다.[284] 이 이름은 잉글랜드 옥스퍼드의 11세 소녀 베네티아 버니가 제안했다.[284] 베네티아 버니(1918–2009)는 고대 그리스·로마 신화와 천문학에 모두 관심이 있었으며, 어둡고 추울 것이라고 생각되는 명왕성에 적합한 이름이라고 생각했다. 그녀는 옥스포드 대학 보들레이안 도서관 전 사서였던 할아버지 팔코너 마단에게 이 이름을 제안했고, 마단은 허버트 홀 터너 교수에게 전달했다. 터너 교수는 이 제안을 미국의 동료들에게 전보로 보냈다.[285]로웰 천문대는 전 세계에서 1000건 이상의 이름 제안을 받았다.[282] 톰보는 베스토 멜빈 슬리퍼에게 빨리 이름을 제안하라고 재촉했다.[282] 콘스턴스 로웰은 제우스, 퍼시벌(Percival), 자신의 이름인 콘스턴스를 제안했지만 모두 기각되었다.[283]
1930년 3월 24일, 로웰 천문대원은 미네르바(이미 소행성의 이름이었다), 크로노스(당시 인지도가 낮았던 토머스 제퍼슨 잭슨 시가 제안), 플루토 중 하나를 투표로 결정했다. 플루토가 만장일치로 결정되었고,[287] 1930년 5월 1일에 공표되었다. 마단은 베네티아에게 5파운드를 주었다.[284]
플루토 이름의 첫 두 글자가 퍼시벌 로웰의 이니셜 PL과 일치한다는 점도 결정에 영향을 주었다. 명왕성의 천문 기호(--)는 P와 L을 겹쳐놓은 것이다.[288] 명왕성의 점성술 기호(--)는 해왕성(
이 이름은 곧 널리 사용되었다. 1930년 월트 디즈니는 미키 마우스의 개 동료로 플루토를 만들었다.[289] 1941년 글렌 T. 시보그는 우라늄(천왕성), 넵투늄(해왕성)에 이어 명왕성 다음으로 만들어진 새 원소에 플루토늄이라는 이름을 붙였다.[290]
한자 문화권에서 사용하는 '명왕성(冥王星)'이라는 이름은 일본인 노지리 호에이가 제안했다.[291] 그는 《과학화보》 1930년 10월호에서 '유왕성(幽王星)'과 함께 제안했다. 플루토(그리스 신화의 하데스)를 한자로 번역한 것이다.[291] 중국에서는 1933년 무렵부터 이 이름을 사용했다. 한국어 명칭인 명왕성은 정확한 채택 시기는 알 수 없으나, 일본, 중국과 같은 한자이기 때문에 비슷한 시기에 일본을 통해 보급된 것으로 보인다. 베트남어에서는 힌두교와 불교에서 지옥의 수호신인 염마에서 따온 Diêm Vương Tinh(염왕성 閻王星) 또는 Sao Diêm Vương(염마의 별)이라는 독자적 명칭을 쓴다.
3. 특성
명왕성의 겉보기등급은 평균 15.1등급이고, 근일점에서는 13.65 등급까지 밝아진다.[292] 맨눈으로는 관측할 수 없고 구경이 30cm 정도 되는 망원경이 필요하다.[293] 각지름이 0.11" 밖에 되지 않기 때문에 그냥 별처럼 보이고, 큰 망원경으로도 고리 등은 관측할 수 없다.
1980년대에 최초로 만들어진 명왕성의 표면 지도는 위성 카론과의 식에 의한 밝기 변화를 이용했다. 카론이 명왕성의 밝은 부분을 가렸을 때와 어두운 부분을 가렸을 때 전체 밝기가 변화하는 정도가 다르므로, 이를 이용해 표면의 어느 부분이 밝고 어두운지를 알아낼 수 있었다. 여러 관측 결과들을 컴퓨터로 처리하여 최종적인 밝기 지도를 만들었고, 시간에 따른 밝기 변화 또한 추적할 수 있었다.[294][295]
현재의 지도는 허블 우주 망원경을 이용해 만들어낸 것으로, 수백 킬로미터 단위의 변화를 확인할 수 있고, 극지방과 가장 밝은 지역을 확인할 수 있는 등 조금 더 상세하다.[296][297] 이 지도를 만드는 데에도 허블 망원경이 보내온 몇 픽셀에 가장 잘 맞는 표면 지도를 찾기 위해서 매우 복잡한 컴퓨터 처리가 필요했다.[298] 2015년까지는 이 지도가 명왕성의 가장 정밀한 지도였는데, 이는 허블 우주 망원경의 2개 카메라가 더 이상 작동하지 않기 때문이었다.[298]
명왕성의 표면은 색상이나 밝기가 다양하고 변화가 크며, 태양계에서 색상 대비가 가장 뚜렷한 천체 중 하나이다. 표면 색상은 차콜 블랙이나 어두운 오렌지색, 흰색 등이 보인다.[300] 화성보다는 붉은 기가 적고, 이오와 비슷하며 오렌지색이 좀 더 강하다.[297] 1994년과 2002년-2003년 사이에는 북극 지방이 밝아지고 남쪽 반구가 어두워지는 변화가 있었다.[300] 또한 2000년-2002년 사이에는 전체적으로 붉은색이 크게 증가했는데,[300] 이는 계절 변화와 더불어 명왕성 대기의 승화 작용이 명왕성의 큰 궤도 경사각과 이심률로 인해 증폭되었기 때문으로 보인다.[300]
표면을 분광학적으로 분석하면 98% 이상이 고체 질소로 구성되어 있고, 메탄과 일산화탄소도 약간 존재한다.[301] 카론을 향한 쪽 반구에는 메탄 얼음이 더 많고, 반대쪽 반구에는 질소와 일산화탄소 얼음이 조금 더 많다.[302]
3. 1. 구조
허블 망원경 관측에 따르면 명왕성의 밀도는 1.8~2.1 g/cm3 정도이며, 내부 조성은 질량의 대략 50~70%는 바위층, 30~50%는 얼음층으로 구성되었을 것으로 추정된다.[303] 방사성 붕괴를 일으키는 원소들이 얼음을 충분히 가열하여 바위층과 얼음층은 분리되어 있을 것으로 예상되며, 바위층은 밀도가 높은 핵을 형성하고 얼음층은 맨틀을 형성하고 있을 것이다. 핵의 지름은 대략 1700 km 정도로, 명왕성 지름의 70%에 해당할 것으로 추정된다.[303]내부 가열이 지속된다면 핵과 맨틀 사이에 100km~180km 두께의 액체 물층이 존재할 수도 있다.[303][304] 독일 우주항공 센터의 행성 연구 기관 계산에 따르면 명왕성의 밀도-반지름 비율은 (천왕성이나 토성의 위성 같은) 얼음 위성과 (목성의 이오 같은) 바위 위성의 중간쯤에 위치하며, 트리톤과도 유사하다.[305]
명왕성의 질량은 지구의 0.2% 정도인 1.303×1022 kg이고, 부피는 약 0.6%인 6.97×109 km3이다. 지름은 2372km, 표면적은 1.795×107 km2이며, 이는 러시아의 면적과 비슷하다. 적도 중력은 지구 중력의 약 6%에 불과한 0.063g이다.[265]
1978년 위성 카론의 발견으로 케플러 제 3법칙을 이용하여 명왕성의 질량을 알아내는 것이 가능해졌고, 적응 제어 광학의 발명으로 카론과의 식을 이용하여 명왕성의 직경 및 모양도 더 정확하게 측정할 수 있었다.[311] 2015년 뉴 허라이즌스 호가 탐사하기 전까지는 대기권 때문에 정확한 행성체 크기를 파악하기 어려웠다.[312]
명왕성은 지구형 행성들보다도 훨씬 질량이 작고, 달 질량에 비해도 20%도 되지 않는다. 가니메데, 타이탄, 칼리스토, 이오, 유로파, 트리톤 등도 명왕성보다 질량이 크다. 왜행성이자 소행성대에서 가장 큰 천체인 세레스와 비교하면, 직경은 2배, 질량은 12배 크다. 반면 2005년에 발견된 에리스보다는 가볍다.
명왕성의 밀도는 이다.[203] 방사성 원소의 붕괴는 결국 얼음을 충분히 가열하여 암석과 분리될 것이기 때문에, 과학자들은 명왕성의 내부 구조가 차별화되어 있으며, 암석 물질이 주변의 물 얼음 맨틀로 둘러싸인 고밀도 핵으로 자리 잡았을 것으로 예상한다. 뉴호라이즌스호 탐사 이전에 추정된 핵의 지름은 로, 명왕성 지름의 70%에 해당한다.[146] 핵-맨틀 경계에는 액체 상태의 물로 이루어진 지하 바다가 100km~180km 두께로 존재할 가능성이 있다.[146][147][43]
3. 2. 대기
명왕성은 질소, 메탄, 일산화탄소로 구성된 희박한 대기를 가지고 있다.[314][52][151] 이 대기 성분들은 명왕성 표면의 얼음과 평형을 이루고 있다.[52][151] 표면 기압은 6.5~24μbar(마이크로바) 정도이다.[315] 명왕성의 궤도가 길쭉하기 때문에 태양과의 거리에 따라 대기 상태가 크게 변한다. 태양에서 멀어지면 대기 성분들이 얼어붙어 지표면에 떨어지고, 가까워지면 표면 온도가 올라가 승화하여 다시 대기가 된다.[316] 이러한 승화는 땀이 증발하며 몸을 식히는 것처럼 냉각 효과를 일으켜, 명왕성 표면 온도를 예상보다 10,000 낮게 만든다.[316]명왕성 대기에는 강력한 온실 기체인 메탄이 존재하여 온도 역전 현상이 나타난다. 대기 상층부(고도 약 10km)는 표면보다 36,000 정도 더 따뜻하다.[317] 대기 하층부는 상층부보다 메탄을 더 많이 포함하고 있다.[317] 뉴 허라이즌스 탐사선의 관측에 따르면, 명왕성 상층 대기는 예상보다 훨씬 차가운 70,000 정도이며, 최대 150km 높이까지 약 20개의 규칙적인 안개층이 존재한다.[202] 이는 명왕성 산맥을 가로지르는 기류에 의해 생성된 압력파의 결과로 추정된다.[53]
명왕성 대기의 존재는 1985년 엄폐 현상 관측을 통해 처음 제기되었고,[319] 1988년 카이퍼 에어본 천문대의 관측으로 확인되었다.[318] 대기가 없는 천체가 별 앞을 지나가면 별빛이 갑자기 사라지지만, 명왕성의 경우 별빛이 천천히 흐려지면서 사라졌다.[319] 이를 통해 명왕성의 대기압이 지구의 약 70만 분의 1인 0.15 파스칼로 밝혀졌다.[320]
2002년 파리 천문대 등의 연구팀이 명왕성에 의한 별 엄폐 현상을 관측했을 때, 명왕성이 태양에서 더 멀리 떨어져 있었음에도 불구하고 대기압은 0.3 파스칼로 1988년 관측값의 두 배로 측정되었다.[321] 이는 1987년 명왕성의 남극이 120년 만에 햇빛을 받으면서 극관의 질소가 대량으로 승화했기 때문으로 추정된다. 승화된 질소가 다시 얼어붙기까지는 수십 년이 걸릴 수 있다.[322] 같은 연구에서 명왕성 대기에 바람이 존재한다는 증거도 처음으로 제시되었다.[322] 2006년에도 호주에서 명왕성의 별 엄폐 현상이 관측되었다.[323]
2019년과 2021년의 엄폐 현상 관측 데이터에 따르면, 2016년 이후 명왕성의 대기압이 20% 감소한 것으로 나타났다.[55][56] 이는 명왕성이 태양에서 멀어지면서 대기가 다시 얼어붙고 있기 때문으로 보인다.
2006년, NASA/Ames 연구 센터의 데일 크뤽생크와 동료들은 명왕성 표면에서 에탄을 발견했다고 발표했다.[324] 에탄은 명왕성 표면과 대기의 얼어붙은 메탄이 햇빛이나 대전된 입자에 의해 분해되어 생성된다.[324]
4. 위성
명왕성에는 2012년까지 5개의 위성이 발견되었다. 1978년 제임스 크리스티가 발견한 카론과, 2005년 발견된 닉스와 히드라,[325] 2011년 발견된 케르베로스,[326] 2012년 발견된 스틱스가 있다.[327]
명왕성의 위성들은 다른 행성계에 비해 명왕성에 가깝게 있다. 위성들은 명왕성의 힐 권 반경의 최대 53% 거리에서 (역행 궤도로 돈다면 최대 69%) 공전 가능하나, 모든 위성들은 힐 권 안쪽 3% 반경 이내에 위치한다. 발견자에 따르면, 명왕성계는 매우 빽빽하고 비어 있다.[328]
명왕성-카론계는 질량중심이 명왕성 바깥에 있는 태양계의 몇 안 되는 계 중 하나이다. 카론과 명왕성의 크기가 비슷하여 일부 천문학자들은 이를 이중 왜행성이라고 부르기도 한다.[161]
명왕성의 모든 위성의 공전 주기는 궤도 공명과 관련되어 있다.[59][60] 세차 운동을 고려하면 스틱스, 닉스, 히드라의 공전 주기는 정확히 18:22:33의 비율이다.[59]
4. 1. 카론
카론은 명왕성의 위성 중 가장 크다.[325] 몇몇 천문학자들은 명왕성-카론을 이중행성으로 보기도 한다. 명왕성과 카론은 서로 같은 면만을 바라보며 마치 아령처럼 서로 공전한다. 이 두 천체의 관계는 다른 천체-위성의 관계처럼 주종 관계가 아니라 공존하는 관계로 보인다.[325] 작은 위성인 닉스와 히드라는 명왕성과 카론의 주위를 동시에 돌고 있다.
카론은 1978년 제임스 크리스티가 발견하였으며,[325] 죽은 이를 태우고 저승(Pluto)으로 가는 강을 건너는 뱃사공의 이름인 카론에서 따온 이름이다.
1978년 카론이 발견됨으로써, 뉴턴의 케플러 제3법칙 공식을 적용하여 명왕성-카론계의 질량을 결정할 수 있게 되었다.[149] 카론이 발견되기 전에는 명왕성의 질량이 현재보다 훨씬 클 것으로 예상되었다.[49]
4. 2. 히드라와 닉스
2005년 5월 15일, 허블 우주망원경을 통해 명왕성의 위성 두 개가 추가로 발견되었다. 이 두 위성에는 임시로 S/2005 P 1과 S/2005 P 2라는 이름이 붙여졌다.[325] 2006년 6월 21일 국제천문연맹은 이 두 위성에 그리스 신화의 밤의 여신 닉스(이전 이름 P 2)와 목이 아홉개인 물뱀 히드라(이전 이름 P 1)라고 정식으로 이름붙였다.닉스의 크기는 51×41×36 km, 히드라의 크기는 55×40 km정도이고, 카론보다 2배 이상 먼 거리에 있다.
2015년 7월 14일, 뉴호라이즌스호가 최근접점에 도달하여 상세한 관측을 수행했다. 일부 밝혀진 관측 데이터는 공개되었지만, 자세한 내용은 수많은 천문 연구자와 천문 애호가들에 의해 현재 분석 중이다.
4. 3. 케르베로스
2011년 7월 20일 미항공우주국(NASA)은 허블 우주망원경을 이용하여 명왕성의 새로운 위성을 발견했다고 발표하였다.[326] 이 위성은 임시로 P4(또는 S/2011 P 1)란 명칭이 부여되었으며, 닉스의 공전 궤도 바깥쪽, 히드라의 공전 궤도 안쪽을 약 31일 주기로 공전하는, 직경 13km~34km 정도의 작은 위성으로 확인되었다. 명왕성으로부터의 거리는 약 59000km이다. 이 위성은 명왕성의 고리를 찾던 가운데 2011년 6월 28일 처음으로 관측되었고, 뒤이어 7월 3일과 7월 18일의 관측에 의해 그 존재가 확정되었으며 공전 궤도와 공전 주기도 계산되었다. 2011년 7월 현재 명왕성의 고리는 확인되지 않고 있다.4. 4. 스틱스
2012년 7월 11일 미국항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA) 과학자들은 허블 우주망원경을 이용해 명왕성 주위를 공전하는 다섯 번째 위성을 발견했다고 발표했다. 이 위성은 임시 명칭인 P5 또는 S/2012로 명명되었으며, 2013년 7월 2일 국제천문연맹(IAU)에서 스틱스(Styx)라는 현재의 명칭이 확정되었다.[327] 초기 관측에서는 지름이 10~24 km 정도인 것으로 추정되었으나, 2015년 7월 13일 뉴 허라이즌스 호가 촬영하여 2015년 10월 5일 지구에 전송된 사진을 분석한 결과 장축 약 7 km, 단축 약 5 km 정도로, 예상보다 더 작은 천체인 것으로 나타났다.[331] 이는 2011년에 발견된 케르베로스보다 작아, 2015년 10월 현재 알려져 있는 명왕성의 5개 위성 중 스틱스가 가장 작다.스틱스는 불규칙한 모양이며 명왕성에서 약 90,300 km 떨어진 곳에서 다른 명왕성의 위성들처럼 질서정연한 동심원 궤도를 돌고 있으며, 이는 지구와 달 간 거리의 8분의 1 정도이다. 이에 대해 미국 SETI 연구소의 행성천문학자 마크 쇼월터는 “마치 러시아 인형처럼 차곡차곡 쌓인 궤도를 돌고 있다.”고 설명했다. 당시 이러한 위성들의 발견은 2015년 NASA의 탐사선 뉴 허라이즌스 호가 더욱 안전하게 길을 찾는 데 도움을 줄 것으로 기대되었다.[332]
5. 궤도
명왕성의 공전 주기는 약 248년이다. 명왕성의 궤도는 다른 행성들과는 다르게 황도면에 대해 크게 기울어져 있고, 타원형이다. 이러한 궤도 이심률 때문에 명왕성은 한때 해왕성보다 태양에 더 가까워지기도 한다. 명왕성은 1979년부터 1999년까지 해왕성 궤도 안쪽으로 들어왔었고, 1999년에 다시 해왕성 궤도 바깥으로 빠져나갔다. 명왕성은 1930년 발견된 이후 1979년까지 49년간, 그리고 1999년부터 행성 지위를 잃은 2006년까지 단 7년 동안만 태양에서 가장 먼 행성이었다.[125]
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명왕성은 해왕성과 3:2 궤도 공명 상태에 있어 해왕성과 충돌하지 않는다. 명왕성이 해왕성에 뒤에서 접근하면 상호 중력에 의해 서로 끌어당기지만, 궤도가 찌그러져 있기 때문에 3:2의 비율로 궤도 공명하여 항상 멀리 떨어져 있게 된다.[239] 명왕성이 2번 공전하는 동안 해왕성은 정확히 3번 공전한다.
명왕성의 궤도는 카오스적인 특성을 보여 장기적인 예측이 어렵다. 컴퓨터 시뮬레이션으로 수백만 년 동안은 예측이 가능하지만, 1000만~2000만 년보다 긴 시간 간격 후에는 계산이 신뢰할 수 없게 된다.[126][127] 명왕성 궤도의 장반축은 약 39.3AU와 39.6AU 사이에서 변하며, 약 19,951년의 주기를 갖는다. 이는 공전 주기가 246년에서 249년 사이로 변한다는 것을 의미한다.[132]
1990년대 이후 명왕성 외에 태양계 외곽 천체(TNO)가 다수 발견되었고, 그중 일부는 해왕성과 3:2 궤도 공명 상태에 있다. 이러한 천체들은 명왕성족[239]이라 불린다.
5. 1. 오르쿠스
오르쿠스는 지름이 약 900km이며 명왕성과 매우 유사한 궤도를 돌고 있는 명왕성족 천체이다. 명왕성과 오르쿠스의 궤도는 위상이 반대이기 때문에 두 천체는 서로 접근하지 않는다. "반(反) 명왕성"이라고 불리기도 하며, 에트루리아 신화에서 명왕 플루토에 해당하는 신의 이름을 따 명명되었다.[239]6. 탐사
보이저 1호는 원래 명왕성을 탐사할 계획이었으나, 예산 삭감과 카론이 발견되기 전이라 관심 부족으로 인해 취소되었다. 대신 토성의 위성 타이탄에 대한 근접 비행으로 대체되었다.
처음으로 명왕성을 방문한 탐사선은 NASA의 뉴 허라이즌스이다. 2006년 1월 19일 발사된 뉴 허라이즌스는 목성의 중력을 이용하여 2015년 7월 14일 명왕성에 가장 가까이 접근했다. 명왕성 표면으로부터 약 12,550km 거리까지 접근하였다. 이 계획은 2000년 비용과 발사체 문제로 취소된 플루토 카이퍼 익스프레스 계획을 대체하는 계획이다.
뉴 허라이즌스는 명왕성과 그 위성 카론의 전반적인 지질 및 지형적 특징을 밝히고, 표면 구성 지도를 작성하며, 명왕성의 희박한 대기와 그 유출률을 조사하기 위한 영상 촬영 장치와 무선 과학 조사 도구, 그리고 분광기 및 기타 실험 장치를 포함한 원격 조작 장비를 사용했다.
명왕성에 대한 과학적 관측은 최근접 접근 5개월 전에 시작되어 만남 후 최소 1개월 동안 계속되었다. 2016년 10월 25일 오후 5시 48분(ET) 뉴 허라이즌스는 명왕성과의 근접 통과에서 얻은 총 500억 비트(6.25기가바이트)의 데이터 중 마지막 데이터를 전송했다.[76][77][78][79]
뉴 허라이즌스의 근접 통과 이후, 과학자들은 새로운 과학적 목표를 달성하기 위해 명왕성으로 돌아갈 궤도선 임무를 제안했다.[80][81][82] 여기에는 픽셀당 약 9.14m 해상도의 표면 매핑, 명왕성의 작은 위성 관측, 명왕성의 자전에 따른 변화 관측, 가능한 지하 해양 조사, 그리고 축 기울기 때문에 장기간 어둠에 덮인 명왕성 지역의 지형 매핑이 포함된다. 뉴 허라이즌스의 책임 연구원인 앨런 스턴(Alan Stern)은 2030년경(명왕성 발견 100주년)에 발사되어 필요에 따라 카론의 중력을 이용하여 궤도를 조정하여 명왕성계에 도착한 후 과학적 목표를 달성하는 카시니호 스타일의 궤도선을 제안했다.[83]
7. 태양계 행성 지위 상실
국제천문연맹(IAU)은 2006년 8월 24일 새롭게 정한 행성 기준에 따라 명왕성을 왜행성으로 공식 분류하고, 소행성 번호 134340을 부여하여 태양계 행성 지위를 박탈하였다.[333]
명왕성은 태양계에서 유일하게 미국인 학자 클라이드 톰보가 발견했기 때문에 미국 천문학계의 반발을 샀으며, 정치적 논쟁거리로 비화되기도 하였다.[333] 이전에도 미국 천문학계는 명왕성의 행성 지위를 공고히 하기 위해 명왕성과 비슷한 성질의 천체들을 태양계 행성으로 추가 지정해야 한다고 주장했으나 받아들여지지 않았다.[333]
2006년 8월, IAU 결의안에 따르면, 태양계 천체가 행성으로 간주되려면 다음 세 가지 조건을 충족해야 한다.
# 태양 주위를 공전해야 한다.
# 자체 중력으로 둥근 형태를 유지할 만큼 충분한 질량을 가져야 한다. (정수압 평형 상태)
# 자신의 궤도 주변에서 다른 천체들을 제거해야 한다.[177][178]
명왕성은 세 번째 조건을 충족하지 못한다.[26] 명왕성의 질량은 궤도 내 다른 천체들 질량 합의 0.07배에 불과한 반면, 지구는 달을 제외한 궤도 내 질량의 170만 배이다.[176][178] IAU는 명왕성처럼 1, 2번 조건은 만족하지만 3번 조건을 만족하지 못하는 천체를 왜행성으로 정의했다. 2006년 9월, IAU는 명왕성, 에리스, 디스노미아를 소행성 목록에 포함시켜 "(134340) 명왕성", "(136199) 에리스", "(136199) 에리스 I 디스노미아"라는 소행성 명칭을 부여했다.[180]
이러한 재분류에 대해 천문학계 일각에서는 반발이 있었는데, 특히 행성 과학자들은 명왕성, 카론, 에리스를 세레스와 같은 이유로 행성으로 간주하며 재분류를 거부했다.[181][182][183] NASA ''뉴 호라이즌스'' 탐사선 수석 연구원 앨런 스턴은 IAU 결의안을 비난하며,[184][185] 천문학자 5% 미만만이 투표에 참여했기에 전체 천문학계를 대표하지 못한다고 주장했다.[185] 반면 에리스 발견자 마이크 브라운 등은 IAU 결정을 지지했다.[187]
IAU 결정에 대한 대중의 반응은 엇갈렸다. 캘리포니아 주 의회는 IAU 결정을 "과학적 이단"이라고 비꼬는 결의안을 제출했고,[193] 뉴멕시코 하원은 클라이드 톰보를 기려 뉴멕시코 하늘에서 명왕성은 항상 행성으로 간주되며 2007년 3월 13일은 명왕성 행성의 날로 선포하는 결의안을 통과시켰다.[194][195] 일리노이주 상원도 2009년 톰보의 출생지를 이유로 유사한 결의안을 통과시키며 명왕성이 IAU에 의해 "불공정하게 왜행성으로 강등되었다"고 주장했다.[196]
2006년 미국 방언 학회는 "플루토이드"(plutoid)를 올해의 단어로 선정했는데, 이는 "누군가나 무언가를 강등시키거나 가치를 떨어뜨리는 것"을 의미한다.[198] 2024년 4월, 애리조나주는 명왕성을 공식 주 행성으로 지정하는 법률을 통과시켰다.[28]
명왕성 문제로 인해 행성에 대한 명확한 기준이 없었던 천문학계가 행성의 정의를 논의하는 계기가 마련되었다는 점에서, 명왕성의 발견부터 행성 지위 조정까지의 과정은 클라이드 톰보의 업적으로 볼 수도 있다.
8. 빛의 도달 시간
궤도가 타원형이기 때문에 태양빛이 도달하는 시간은 명왕성의 위치에 따라 차이를 보인다. 해왕성 궤도 안쪽에 위치하는 경우 명왕성이 해왕성보다 태양빛을 먼저 받게 된다. 평균적으로 명왕성과 태양간 거리는 5906.38억km으로 태양빛이 도달하려면 5시간 27분이 걸린다.
근일점 근처에서는 명왕성이 해왕성보다 태양에 더 가까워진다. 최근에 이 현상이 발생한 것은 1979년 2월 7일부터 1999년 2월 11일까지였다. 수학적 계산에 따르면, 이 현상은 이전에는 1735년 7월 11일부터 1749년 9월 15일까지 지속되었다. 같은 계산에 따르면, 그 이전에는 1483년 4월 30일부터 1503년 7월 23일까지였던 것으로 알려져 있으며, 이 기간의 길이는 1979년부터 1999년까지의 기간의 길이와 거의 같다. 명왕성이 해왕성의 안쪽으로 들어오는 기간은 미묘한 변화가 있지만, 약 13년과 약 20년의 것이 번갈아 나타날 것으로 생각된다.
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How big is Pluto, anyway?
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NASA's New Horizons Team Reveals New Scientific Findings on Pluto
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적응제어광학을 통한 명왕성-카론 계의 이미징과 소행성 45 유제니아 주변의 위성 발견: 행성천문학에서 적응제어광학의 가능성 (Adaptive optics imaging of Pluto–Charon and the discovery of a moon around the Asteroid 45 Eugenia: the potential of adaptive optics in planetary astronomy)
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Pluto's lower atmosphere structure and methane abundance from high-resolution spectroscopy and stellar occultations
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명왕성의 최근 성간 식에서 밝혀진 대기의 큰 변화 (Large changes in Pluto's atmosphere as revealed by recent stellar occultations)
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명왕성의 계절과 바람의 징후 (Puzzling Seasons and Signs of Wind Found on Pluto)
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NASA의 허블 우주 망원경이 명왕성의 또다른 위성을 발견해 (NASA's Hubble Discovers Another Moon Around Pluto)
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허블 우주 망원경이 명왕성의 다섯 번째 위성을 발견해 (Pluto Has a Fifth Moon, Hubble Telescope Reveals)
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명왕성 4중계의 특성과 기원 (Characteristics and Origin of the Quadruple System at Pluto)
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명왕성계의 고리에 관한 일차 제약조건 (First Constraints on Rings in the Pluto System)
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Pluto Could Have Ten Moons
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New Horizons Picks Up Styx
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명왕성 주위 도는 5번째 위성 'S/2012' 발견
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명왕성 퇴출, 태양계 행성 8개로 줄었다
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MBC
2006-08-25
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