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미행성

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목차

1. 개요

미행성은 행성 형성 이론에서 별 주위의 원반에서 먼지 입자가 충돌하고 중력에 의해 뭉쳐져 형성되는 1km 이상의 고체 천체를 의미한다. 미행성은 원시 행성으로 성장하며, 일부는 행성이 되기도 한다. 미행성은 소행성이나 혜성과 같은 소천체를 지칭하는 일반적인 용어로 사용되기도 한다. 태양계 내 미행성은 소행성대, 카이퍼 벨트, 오르트 구름 등에 존재하며, 일부는 위성이 되었다. 미행성은 태양계 형성의 정보를 담고 있어 과학적 가치가 높다.

2. 형성

현재 유력하게 여겨지는 행성 형성 이론에서는 미행성이 새롭게 태어난 항성을 둘러싼 원시 행성계 원반 안에서 강착 과정을 통해 만들어진다고 설명한다. 원반에 포함된 먼지나 얼음 입자가 충돌하여 처음에는 정전기력에 의해, 이후에는 주로 중력에 의해 서로 합체하며 성장하여 미행성이 된다. 대부분의 미행성은 결국 격렬한 충돌로 산산이 부서지지만, 원반 내에서 가장 큰 몇몇 미행성은 이러한 대충돌에서도 살아남아 합체를 반복하며 성장을 계속하여 결국 원시 행성이나 행성이 된다.

미행성이라는 용어의 정의는 연구자에 따라 약간의 차이가 있다. 소행성이나 혜성과 같은 태양계 형성기 이후 살아남은 천체를 모두 지칭하는 일반적인 용어로 사용되기도 하는 반면, 직경 10km 정도의 천체에 한정하여 사용되기도 한다.

태양계 형성 초기의 천체 충돌이 격렬했던 시기가 끝난 약 38억 년 전 무렵에는, 태양계의 대부분의 미행성은 목성형 행성(특히 목성과 해왕성)으로부터 주기적으로 작용하는 섭동에 의해 궤도 긴반경이나 이심률이 큰 궤도로 완전히 방출되거나, 또는 더 큰 천체와 충돌했다고 일반적으로 생각된다.

우리 태양계에 현재도 남아 있는 미행성의 대부분은 소행성대나 카이퍼 벨트, 오르트 구름 등의 영역을 궤도 운동하고 있다. 또한 몇몇 미행성은 행성에 포획되어 위성이 되었다. 이러한 위성에는 화성의 포보스・데이모스나 해왕성의 트리톤, 목성에 존재하는 궤도 경사각이 큰 수많은 작은 위성 등이 있다.

2. 1. 미행성 가설

빅토르 사프로노프의 미행성 가설은 널리 받아들여지는 행성 형성 이론으로, 행성이 우주 먼지 입자가 충돌하여 점점 더 큰 덩어리를 형성하면서 만들어진다고 주장한다. 덩어리가 약 1킬로미터 크기에 도달하면, 구성 입자들은 서로의 중력을 통해 직접 끌어당길 수 있게 되어, 달 크기의 원시 행성으로 성장하는 데 큰 도움이 된다. 더 작은 덩어리들은 브라운 운동이나 난류에 의존하여 충돌을 일으켜 부착으로 이어진다. 충돌 역학 및 부착 메커니즘은 복잡하다.[2][3]

미행성은 원시 행성 원반의 중간 평면에서 집단적인 중력 불안정성을 겪는 매우 밀집된 먼지 입자 층에서 형성되거나, 스트리밍 불안정성에서 더 큰 입자 떼의 농축 및 중력 붕괴를 통해 형성될 수 있다.[4] 많은 미행성은 격렬한 충돌 중에 부서지지만, 4 베스타[5] 와 90 안티오페[6]처럼 몇몇 가장 큰 것들은 살아남아 원시 행성으로 성장하고, 나중에는 행성이 될 수 있다.

현재 유력하게 여겨지는 행성 형성 이론에서는 미행성이 새롭게 태어난 항성을 둘러싼 원시 행성계 원반 안에서 강착 과정을 통해 만들어진다. 원반 안의 먼지나 얼음 입자가 충돌하여 처음에는 정전기력으로, 이후에는 주로 중력으로 합쳐지며 성장하여 미행성이 된다. 대부분의 미행성은 격렬한 충돌로 산산이 부서지지만, 원반 내에서 가장 큰 몇몇 미행성은 이러한 대충돌에서도 살아남아 합체를 반복하며 성장을 계속하여 결국 원시 행성이나 행성이 된다.

미행성이라는 용어는 연구자에 따라 정의가 약간씩 다르다. 소행성이나 혜성과 같은 태양계 형성기 이후 살아남은 천체를 모두 지칭하는 일반적인 용어로 사용되기도 하고, 직경 10km 정도의 천체에 한정하여 사용되기도 한다.

태양계 형성 초기 천체 충돌이 격렬했던 시기가 끝난 약 38억 년 전 무렵, 태양계의 대부분의 미행성은 목성형 행성(특히 목성과 해왕성)으로부터 주기적으로 작용하는 섭동에 의해 궤도 긴반경이나 이심률이 큰 궤도로 완전히 방출되거나, 더 큰 천체와 충돌했다고 일반적으로 생각된다.

우리 태양계에 현재도 남아 있는 미행성의 대부분은 소행성대나 카이퍼 벨트, 오르트 구름 등의 영역을 궤도 운동하고 있다. 또한 몇몇 미행성은 행성에 포획되어 위성이 되었다. 이러한 위성에는 화성의 포보스・데이모스나 해왕성의 트리톤, 목성에 존재하는 궤도 경사각이 큰 수많은 작은 위성 등이 있다.

3. 태양계 내의 미행성

후기 대폭격으로 알려진 시기는 약 38억 년 전으로, 이 시기 이후 태양계 내의 대부분의 미행성은 태양계에서 완전히 튕겨져 나가 오르트 구름과 같은 멀리 떨어진 찌그러진 궤도로 들어가거나, 거대 행성(특히 목성과 해왕성)의 규칙적인 중력적 섭동으로 인해 더 큰 천체와 충돌한 것으로 추정된다. 소수의 미행성은 위성으로 포획되었을 수 있는데, 토성의 위성인 포에베와 거대 행성의 다른 많은 작은 고경사 위성들이 그 예이다.[7]

현재 유력하게 여겨지는 행성 형성 이론에 따르면, 미행성은 새롭게 태어난 항성을 둘러싼 원시 행성계 원반 안에서 일어나는 강착 과정을 통해 만들어진다. 원반에 포함된 먼지나 얼음 입자가 충돌하여 처음에는 정전기력에 의해, 이후에는 주로 중력에 의해 서로 합체하며 성장하여 미행성이 된다. 대부분의 미행성은 결국 격렬한 충돌로 산산이 부서지지만, 원반 내에서 가장 큰 몇몇 미행성은 이러한 대충돌에서도 살아남아 합체를 반복하며 성장을 계속하여 결국 원시 행성이나 행성이 된다.

미행성(planetesimal)이라는 용어의 정의는 연구자에 따라 약간의 차이가 있다. 소행성이나 혜성과 같은 태양계 형성기 이후 살아남은 천체를 모두 지칭하는 일반적인 용어로 사용되기도 하는 반면, 직경 10km 정도의 천체에 한정하여 사용되기도 한다.

3. 1. 미행성의 잔해

후기 대폭격 시기가 끝난 약 38억 년 전, 태양계 내 대부분의 미행성은 태양계에서 완전히 튕겨져 나가거나, 거대 행성(특히 목성과 해왕성)의 주기적인 중력적 섭동으로 인해 더 큰 천체와 충돌한 것으로 추정된다. 소수의 미행성은 위성으로 포획되었을 수 있는데, 토성의 위성인 포에베와 거대 행성의 다른 많은 작은 고경사 위성들이 그 예이다.[7]

현재까지 살아남은 미행성은 태양계의 형성에 대한 정보를 담고 있어 과학적으로 가치가 있다. 이들의 외부는 강렬한 태양 복사에 노출되어 화학적 조성이 바뀌었을 수 있지만, 내부는 미행성이 형성된 이후 거의 손상되지 않은 깨끗한 물질을 포함하고 있다. 이는 각 미행성을 '타임 캡슐'로 만들며, 그 구성은 우리 행성계가 형성된 태양 성운의 조건을 밝힐 수 있다. 우주선이 방문한 가장 원시적인 미행성은 접촉 이중성 아로코스이다.[7]

우리 태양계에 현재도 남아 있는 미행성의 대부분은 소행성대나 카이퍼 벨트, 오르트 구름 등의 영역을 궤도 운동하고 있다. 또한 몇몇 미행성은 행성에 포획되어 위성이 되었는데, 화성의 포보스・데이모스, 해왕성의 트리톤, 목성에 존재하는 궤도 경사각이 큰 수많은 작은 위성 등이 그 예시이다.

3. 2. 미행성의 가치

현재까지 살아남은 미행성은 태양계의 형성에 대한 정보를 담고 있기 때문에 과학적으로 가치가 있다. 비록 미행성의 외부는 화학적 조성을 바꿀 수 있는 강렬한 태양 복사에 노출되어 있지만, 그 내부는 미행성이 형성된 이후 거의 손상되지 않은 깨끗한 물질을 포함하고 있다. 이것은 각 미행성을 '타임 캡슐'로 만들고, 그들의 구성은 우리 행성계가 형성된 태양 성운의 조건을 밝힐 수 있다.[7] 우주선에 의해 방문된 가장 원시적인 미행성은 접촉 이중성 아로코스이다.

4. 미행성의 정의

현재 유력하게 여겨지는 행성 형성 이론에 따르면, 미행성은 새롭게 태어난 항성을 둘러싼 원시 행성계 원반 안에서 일어나는 강착 과정을 통해 만들어진다. 원반에 포함된 먼지나 얼음 입자가 충돌하여 처음에는 정전기력에 의해, 이후에는 주로 중력에 의해 서로 합체하며 성장하여 미행성이 된다. 대부분의 미행성은 결국 격렬한 충돌로 산산이 부서지지만, 가장 큰 몇몇 미행성은 이러한 대충돌에서도 살아남아 합체를 반복하며 원시 행성이나 행성으로 성장한다.

태양계 형성 초기, 천체 충돌이 격렬했던 시기가 끝난 약 38억 년 전 무렵에는, 대부분의 미행성이 목성형 행성(특히 목성과 해왕성)의 섭동에 의해 궤도 긴반경이나 이심률이 큰 궤도로 완전히 방출되거나, 더 큰 천체와 충돌했다고 일반적으로 생각된다.

현재 우리 태양계에 남아 있는 미행성의 대부분은 소행성대나 카이퍼 벨트, 오르트 구름 등에서 궤도 운동하고 있다. 몇몇 미행성은 행성에 포획되어 위성이 되었는데, 화성의 포보스・데이모스, 해왕성의 트리톤, 목성의 궤도 경사각이 큰 수많은 작은 위성 등이 이에 해당한다.

4. 1. 다양한 정의

'미행성'이라는 단어는 무한소에서 파생되었으며, 행성의 궁극적으로 작은 부분을 의미한다.

이 용어는 항상 행성 형성 ''과정'' 동안 작은 천체에 적용되지만, 일부 과학자들은 미행성이라는 용어를 소행성과 혜성과 같이 행성 형성 과정에서 남은 많은 소천체를 지칭하는 일반적인 용어로 사용하기도 한다. 세계 최고의 행성 형성 전문가 그룹은 2006년 컨퍼런스에서 미행성에 대한 다음과 같은 정의를 내렸다.[8]



미행성은 자체 중력에 의해 내부 강도가 지배되고, 기체 항력에 의해 궤도 역학에 큰 영향을 받지 않는, 궤도를 도는 천체의 축적 과정에서 발생하는 고체 물체이다. 이는 태양 성운에서 약 1km보다 큰 물체에 해당한다.



중력에 의해 뭉쳐질 뿐만 아니라, 여러 반지름 거리에서 접근하는 암석의 경로를 바꿀 수 있을 만큼 충분히 큰 천체는 더 빠르게 성장하기 시작한다. 이러한 천체는 100km에서 1000km보다 크며, 배아 또는 원시 행성이라고 불린다.[9]

현재 태양계에서 이러한 작은 천체들은 일반적으로 역학 및 구성에 따라 분류되며, 이후 혜성, 카이퍼 벨트 천체 또는 트로얀 소행성 등이 되도록 진화했을 수 있다.[10][11][12] 다시 말해, 일부 미행성은 행성 형성이 완료된 후 다른 유형의 천체가 ''되었으며'', 두 이름 중 하나 또는 둘 다로 불릴 수 있다.

위의 정의는 국제천문연맹의 지지를 받지 않으며, 다른 실무 그룹은 동일하거나 다른 정의를 채택할 수 있다. 미행성과 원시 행성 사이의 경계는 일반적으로 잠재적 행성이 이미 거친 크기와 발달 단계의 측면에서 설정된다. 즉, 미행성은 결합하여 원시 행성을 형성하고, 원시 행성은 계속 성장한다(미행성보다 빠르게).[13][14][15]

미행성(planetesimal)이라는 용어의 정의는 연구자에 따라 약간의 차이가 있다. 소행성이나 혜성과 같은 태양계 형성기 이후 살아남은 천체를 모두 지칭하는 일반적인 용어로 사용되기도 하는 반면, 직경 10km 정도의 천체에 한정하여 사용되기도 한다.

4. 2. 미행성과 원시 행성

빅토르 사프로노프의 미행성 가설은 행성 형성의 유력한 이론으로, 우주 먼지 입자들이 충돌하여 점차 큰 덩어리를 형성한다고 설명한다. 덩어리가 약 1킬로미터 크기에 도달하면, 입자들은 중력으로 서로를 끌어당겨 달 크기의 원시 행성으로 성장한다. 이보다 작은 덩어리들은 브라운 운동이나 난류에 의존하여 충돌하고 부착된다.[2][3] 미행성은 원시 행성 원반의 중간 평면에서 먼지 입자 층의 중력 불안정성, 또는 스트리밍 불안정성에서 큰 입자 떼의 농축 및 중력 붕괴를 통해 형성될 수도 있다.[4]

많은 미행성들은 충돌로 부서지지만, 4 베스타[5] 와 90 안티오페[6]처럼 일부는 살아남아 원시 행성으로 성장하고, 나아가 행성이 될 수 있다. 100km에서 1000km보다 큰 천체는 배아 또는 원시 행성이라고 불린다.[9]

미행성은 자체 중력에 의해 내부 강도가 지배되고, 기체 항력에 의해 궤도 역학에 큰 영향을 받지 않는, 궤도를 도는 천체의 축적 과정에서 발생하는 고체 물체이다. 이는 태양 성운에서 약 1km보다 큰 물체에 해당한다.[8] 미행성은 결합하여 원시 행성을 형성하고, 원시 행성은 미행성보다 빠르게 계속 성장한다.[13][14][15]

대부분의 미행성은 격렬한 충돌로 산산이 부서지지만, 가장 큰 몇몇 미행성은 이러한 대충돌에서도 살아남아 합체를 반복하며 원시 행성이나 행성으로 성장한다. 태양계 형성 초기 천체 충돌이 격렬했던 시기가 끝난 약 38억 년 전 무렵, 대부분의 미행성은 목성형 행성(특히 목성과 해왕성)의 섭동에 의해 궤도 긴반경이나 이심률이 큰 궤도로 완전히 방출되거나, 더 큰 천체와 충돌했다고 일반적으로 생각된다.

우리 태양계에 현재도 남아 있는 미행성의 대부분은 소행성대나 카이퍼 벨트, 오르트 구름 등에서 궤도 운동하고 있다. 몇몇 미행성은 행성에 포획되어 위성이 되었는데, 화성의 포보스・데이모스, 해왕성의 트리톤, 목성의 궤도 경사각이 큰 수많은 작은 위성 등이 이에 해당한다.

5. 태양계 외 발견

우주항공연구개발기구, 도쿄 대학, 국립천문대 연구팀은 물병자리 베타별 주위에 고리 모양으로 먼지를 흩뿌리는 장소를 발견했다.[16]

참조

[1] 웹사이트 RELEASE 14-114 Astronomical Forensics Uncover Planetary Disks in NASA's Hubble Archive http://www.nasa.gov/[...] 2014-04-24
[2] 간행물 The Growth Mechanisms of Macroscopic Bodies in Protoplanetary Disks Annual Reviews
[3] 간행물 Early-stage aggregation in three-dimensional charged granular gas
[4] 간행물 High-resolution Study of Planetesimal Formation by Gravitational Collapse of Pebble Clouds 2023-02-01
[5] 웹사이트 Asteroid or Mini-Planet? Hubble Maps the Ancient Surface of Vesta http://hubblesite.or[...] Hubble Site News Release STScI-1995-20 2006-10-17
[6] 컨퍼런스 The Origin of the Double Main Belt Asteroid (90) Antiope by Component-Resolved Spectroscopy American Astronomical Society
[7] 뉴스 New Horizons press release NASA TV 2019-01-02
[8] 웹사이트 Workshop From Dust to Planetesimals http://www.mpia.de/h[...]
[9] 서적 The Exoplanet Handbook Cambridge University Press
[10] 간행물 Origin and dynamical evolution of comets and their reservoirs https://arxiv.org/ab[...]
[11] 간행물 Origin of the cataclysmic Late Heavy Bombardment period of the terrestrial planets http://www.nature.co[...]
[12] 간행물 Chaotic capture of Jupiter's Trojan asteroids in the early Solar System http://www.nature.co[...]
[13] 간행물 Planetesimals to Protoplanets. I. Effect of Fragmentation on Terrestrial Planet Formation https://iopscience.i[...] 2005-05-20
[14] 간행물 Orbital evolution and accretion of protoplanets tidally interacting with a gas disk: I. Effects of interaction with planetesimals and other protoplanets https://www.scienced[...] 2005-11-15
[15] 웹사이트 Planetesimal https://www.britanni[...] 2024-01-03
[16] 웹사이트 世界で初めて太陽系外に「微惑星のリング」を発見～若い惑星系の詳細をはじめて明らかに～ http://www.isas.jaxa[...]


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