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세레스 (왜행성)

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목차

1. 개요

세레스는 화성과 목성 사이의 소행성대에 위치한 왜행성이다. 1801년 주세페 피아치에 의해 발견되었으며, 한때 행성으로 분류되었다가 소행성을 거쳐 2006년 국제천문연맹(IAU)에 의해 왜행성으로 재분류되었다. 세레스는 소행성대에서 가장 큰 천체이며, 소행성대 질량의 약 1/3을 차지한다. 탄소질 소행성으로 분류되며, 내부에는 암석질 핵과 얼음 맨틀이 존재할 것으로 추정된다. 돈 탐사선에 의해 표면의 밝은 지점과 수증기 분출이 확인되었으며, 유기 화합물이 발견되어 생명체 존재 가능성이 제기되기도 한다.

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세레스 (왜행성)
기본 정보
Dawn이 2015년 5월에 촬영한 Ceres의 모습. 오른쪽의 밝은 크레이터는 Haulani이며, 왼쪽의 밝은 점은 Oxo 크레이터 바닥임
Dawn이 2015년 5월에 촬영한 Ceres의 모습. 오른쪽의 밝은 크레이터는 Haulani이며, 왼쪽의 밝은 점은 Oxo 크레이터 바닥임.
명칭1 Ceres
발음,
명명 유래케레스
형용사Cererian, -ean ()
분류왜행성
소행성
궤도 특성
궤도 기준2022년 1월 21일 (JD 2459600.5)
원일점|AU|e6km|abbr=unit|lk=on}}
근일점|AU|e6km|abbr=unit}}
근일점 통과 시간2022년 12월 7일
궤도 장반축|AU|e6km|abbr=unit}}
궤도 이심률}}
공전 주기년
|u=d}}
회합 주기년
일
궤도 경사|u=°}} (황도 기준)
9.20° (불변면 기준)
근일점 인자|u=°}}
승교점 경도|u=°}}
평균 궤도 이각|ul=°}}
평균 궤도 속도|u=km/s}}
고유 궤도 요소
고유 궤도 장반축}}
고유 궤도 이심률}}
고유 궤도 경사|u=°}}
근일점 궤도 변화율}}
승교점 궤도 변화율}}
물리적 특성
크기(966.2 × 962.0 × 891.8) ± 0.2 km
표면적}}
질량

0.0128 달
관성 모멘트 계수(추정치)
탈출 속도km/s
적경 (북극)291.42744°
적위66.76033°
자전축 기울기≈4°
반사율(V-band)
표면 온도최소: ≈110 K
평균: K
최대: K
분광형C형
겉보기 등급7.6
9.27 (2021년 7월)
각 크기0.854″ to 0.339″
기타 정보
위성없음

2. 역사

세레스는 1801년 1월 1일 주세페 피아치가 발견한 최초의 소행성이다.[172] 처음에는 행성으로 여겨졌으나, 1850년대에 비슷한 궤도를 가진 다른 천체들이 많이 발견되면서 소행성으로 재분류되었다.[31]

세레스는 태양계 형성 초기에 만들어진 원시 행성 중 하나로, 45억 6천만 년 전에 형성되었다.[121] 목성과 토성 궤도 사이에서 형성된 후 목성이 바깥쪽으로 이동하면서 소행성대로 끌려들어온 것으로 추정된다.[94] 오카토르 크레이터에서 발견된 암모늄염은 세레스가 암모니아가 풍부한 외행성계에서 기원했음을 뒷받침한다.[124]

세레스의 초기 지질학적 진화는 형성 과정 및 이후의 열에너지(미행성의 부착에 의한 충돌 에너지와 방사성 핵종의 붕괴)에 의해 영향을 받았다. 이 열에너지는 세레스가 암석 핵과 얼음 맨틀, 액체 상태의 물 바다로 분화될 수 있을 만큼 충분했을 것으로 보인다.[59] 이 바다는 얼면서 지표면 아래에 얼음층을 남겼을 것으로 추정되지만, 돈 탐사선은 명확한 증거를 찾지 못했다. 이는 세레스의 원래 지각이 이후의 충돌로 파괴되어 얼음, 염분, 규산염 등이 섞였음을 시사한다.[57]

세레스 표면에는 큰 크레이터가 적은데, 이는 점성 완화와 빙하 화산 활동이 오래된 지질학적 특징을 지웠음을 의미한다.[125] 점토와 탄산염의 존재는 50°C 이상의 온도에서 열수 활동이 있었음을 나타낸다.[126] 지질 활동은 시간이 지남에 따라 감소하여 충돌구가 표면을 지배하게 되었지만, 돈 탐사선은 내부 과정이 세레스 표면을 계속 조각해 왔음을 보여준다.[127]

미국 항공우주국(NASA)의 돈은 2015년 3월 6일 세레스를 공전하는 궤도에 진입하여 탐사를 진행했다.[174][175] 돈 탐사선은 세레스 표면 여러 곳에서 수증기가 방출되는 것,[173] 크레이터 내부의 밝은 점들을 관측했다.[176] 이 밝은 점들은 황산마그네슘 육수화물을 포함하는 염수와 관련이 있으며,[184] 암모니아가 풍부한 점토가 존재한다는 보고도 있었다.[184] 근적외선 스펙트럼 분석 결과 다량의 탄산나트륨이 검출되어 최근 지질 활동이 있었음을 시사한다.[184]

2. 1. 발견

1596년, 요하네스 케플러는 화성과 목성 사이에 행성이 있을 것이라고 예측했다.[297][298] 1772년, 요한 엘레르트 보데는 티티우스-보데의 법칙에 따라 같은 위치에 행성이 있어야 한다고 주장했다.[299] 1781년 천왕성이 발견되고 그 궤도가 법칙에 잘 들어맞자 기대치가 높아졌다.

1800년, 과학 저널 《Monatliche Correspondenz zur Beförderung der Erd- und Himmels-Kunde》의 편집장이었던 프란츠 폰 자하는 24명의 천문학자를 모아[300] 미지의 행성을 찾기 위한 팀을 구성했다. 이들은 스스로를 "하늘의 경찰들"이라고 불렀다. 이 팀에는 주세페 피아치도 포함될 예정이었으나, 그는 초청장을 받기 전인 1801년 1월 1일에 세레스를 발견했다.[301][302]

피아치는 다른 별을 찾던 중 세레스를 발견하고 처음에는 혜성으로 생각했으나, 움직임이 느리고 균일하여 행성으로 추정했다.[303] 그는 이 발견을 바르나바 오리아니와 요한 엘레르트 보데에게만 알렸다.[303] 4월, 피아치는 제롬 랄랑드에게도 관측 결과를 보냈고,[304] 이 내용은 1801년 9월 《Monatliche Correspondez》에 실렸다.[305]

다른 천문학자들도 피아치의 관측을 검증하려 했으나, 시간이 흘러 세레스의 위치를 정확히 알 수 없었다. 당시 24세였던 카를 프리드리히 가우스는 최소제곱법을 이용하여 세레스의 위치를 예측했고,[306] 1801년 12월 31일, 프란츠 폰 자하와 하인리히 올베르스가 세레스를 재발견했다.[307]

피아치의 저서 - ''"Della scoperta del nuovo pianeta Cerere Ferdinandea"''. 세레스 발견의 개요를 설명하고 있다.

2. 2. 명칭

피아치는 세레스를 처음 발견했을 때, 로마 신화에 나오는 농업의 여신 케레스와 양시칠리아 왕국의 페르디난도 1세의 이름을 따서 '세레스 페르디난데아(Cerere Ferdinandea)'라고 이름 붙였다.[308] 그러나 '페르디난데아'라는 명칭은 다른 국가에서 받아들여지지 않아 삭제되었다.[16] 세레스의 천문 기호는 낫을 본뜬 모양(--)이다.[309][310]

1803년에 발견된 세륨은 세레스의 이름을 따서 명명되었다.[26]

2. 3. 분류

세레스는 여러 번 지위가 바뀌었다. 발견 후 반세기 가까이는 행성으로 취급되었으나, 1845년 이후 비슷한 천체들이 많이 발견되면서 소행성으로 취급되기 시작했다. 소행성 중에서는 가장 먼저 발견되어 '1 세레스'라는 이름이 붙여졌다.[31]

2006년 8월 24일 국제천문연맹(IAU) 총회에서 명왕성의 지위를 놓고 논쟁이 벌어졌고, 세레스도 대상에 포함되었다. 개정된 행성의 조건은 다음과 같다.[311]

# 정역학적 평형을 이뤄 구형에 가까운 형태를 유지할 만큼 충분한 중력을 가질 것.

# 다른 항성 주위를 공전하되, 다른 천체의 위성이 아닐 것.

# 자신의 궤도 인근의 다른 천체를 일소할 것.

마지막 조건 때문에 세레스는 더 이상 행성이 아니게 되었다. 소행성대의 수많은 소행성과 궤도를 공유하기 때문이었다. 마찬가지로 조건을 만족하지 못한 천체들은 왜행성으로 분류되었다.[37] [38] 세레스는 소행성대에서 가장 큰 천체이며, 유일한 왜행성이다.[44]

세레스 (좌측 하단), 달, 지구의 크기 비교.

3. 궤도

세레스는 화성과 목성 사이의 소행성대에 위치하며, 지구의 4.6년 주기로 태양을 공전한다. 세레스의 궤도는 황도면에 대해 약 10.6° 기울어져 있으며(궤도 경사각), 약간 찌그러진 타원형이다(이심률 약 0.08).

세레스의 궤도


2007년 9월 27일부터 2018년 10월 5일까지 던 탐사선의 궤적 애니메이션
 '''·'''  '''·'''  '''·'''  '''·'''


위 그림은 세레스의 궤도(파란색)와 몇몇 행성의 궤도(흰색과 회색)를 보여준다. 진한 파란색 부분은 황도면보다 아래에 있는 궤도이며, 중앙의 주황색 +는 태양의 위치를 나타낸다.

한때 세레스는 게피온족이라는 소행성족의 구성원으로 여겨졌으나,[45] 이후 스펙트럼 특성이 다르다는 것이 밝혀져 게피온족에서 제외되었다.[45] 현재 세레스는 게피온족과 비슷한 궤도 요소를 가지지만, 공통 기원은 없는 것으로 보인다.[211]

3. 1. 궤도 공명

2 팔라스와 1:1 궤도 공명에 가까운 관계를 맺고 있지만, 실제로 궤도 공명이 일어나는 것은 아니다.[336] 소행성 사이에서 공명이 일어나는 일은 서로의 질량에 비해 거리가 멀기 때문에 매우 드물지만,[47] 세레스는 최대 200만 년까지 다른 소행성과 1:1 궤도 공명하는 경우가 있다. 이러한 천체는 약 50개로 알려져 있다.[337]

4. 물리적 특성

세레스는 소행성대에서 가장 큰 천체이며, 그 질량은 소행성대 총 질량의 약 1/3에 해당한다.[314] 2008년 기준으로, 세레스의 질량은 약 9.4E으로 추정되며,[312][313] 이는 달 질량의 1.3%에 해당한다. 세레스의 크기와 질량은 유체정역학적 평형에 가까운 구형 형태를 유지하기에 충분하다.[318] 반면, 2 팔라스,[315] 3 유노,[316] 10 히기에이아[317]는 불규칙한 모양이다.

세레스의 영상, 절반은 그림자 속에, 절반은 그림자 밖에
세레스의 영상, 절반은 그림자 속에, 절반은 그림자 밖에


태양계 내행성의 크기 비교. 태양으로부터 궤도 순서대로 나열되어 있음 (왼쪽부터: 수성, 금성, 지구, 달, 화성 및 세레스)


세레스의 자전 주기는 9시간 4분이며,[51] 자전축 기울기는 4°이다.[51] 이는 극지방에 영구적으로 그림자가 드리워진 분화구가 존재하며, 이러한 분화구는 냉각 트랩 역할을 하여 물 얼음을 축적할 수 있음을 의미한다.[51] 이는 달과 수성과 유사하다.

세레스는 C형 또는 탄소질 소행성[11]으로 분류되며, 점토 광물의 존재로 인해 G형 소행성으로도 분류된다.[134] 탄소질 콘드라이트 운석과 비슷하지만 완전히 동일하지 않은 구성을 가지고 있다.[54] 세레스는 적도 지름이 극 지름보다 8% 더 큰 편평한 구형이다. 돈 탐사선의 측정 결과 평균 지름은 939.4km이고 질량은 9.38E이다.[55] 따라서 세레스의 밀도는 2.16g/cm3이며, 질량의 4분의 1이 물 얼음일 것으로 추정된다.[56]

세레스 표면에는 수백 개의 밝은 지점(파쿨라)이 존재하며, 가장 밝은 지점은 옥케이터 분화구 중앙에 있는 세레스알리아 파쿨라이다.[82][83] 돈 탐사선은 옥케이터 분화구에서 이러한 밝은 점들이 황산마그네슘 육수화물(MgSO4·6H2O)이 포함된 증발된 소금물의 일종일 수 있다고 보고했다.[157]

세레스에는 약한 대기와 함께, 표면에는 물이 얼어 생긴 서리가 있는 것으로 추정된다.[332] 2017년, 돈 탐사선은 세레스가 수증기로 이루어진 일시적인 대기를 가지고 있음을 확인했다.[100]

4. 1. 내부 구조

세레스의 내부 구조는 암석질 핵과 얼음 맨틀로 구성되어 있다는 주장이 제기되었다.[318] 코넬 대학의 피터 토마스는 세레스의 편평도가 매우 작기 때문에 이러한 구조를 가진다고 설명했다.[318]

100km 두께의 맨틀은 세레스 부피의 50%, 질량의 23~28%를 차지하며,[319] 2000000km3의 물을 포함한다. 이는 지구 상의 전체 민물보다 많은 양이다.[320] 이 결과는 2002년 켁 망원경 관측과 진화 모델을 토대로 얻어졌다.[321][313] 표면의 특징과 과거사를 미루어 볼 때, 세레스 내부에 휘발성 물질이 존재할 가능성도 제기된다.[313]

최근 연구에서는 세레스의 내부가 지구와 비슷하다는 점도 보고되고 있다.[322]

세레스의 내부 구조(2018년 8월 시점)


세레스의 중력 분포(빨간색은 중력이 강하고, 파란색은 약함을 나타냄)


세레스는 암석질의 핵과 얼음 맨틀, 지각으로 구성된 것으로 추정된다. 돈(Dawn) 탐사선의 형태 및 중력장 관측에 따르면, 세레스는 편미분[240] 및 아이소스타시 보상을 수반하는 정수압 평형 상태이며, 평균 관성 모멘트는 0.37로 추정되었다(이 값은 칼리스토의 0.36과 유사하다).[240] 세레스 질량의 최대 25%는 물이 차지할 가능성이 있으며, 이 경우 세레스는 지구보다 많은 물을 포함하게 된다.[241]

광물 조성은 깊이 100km까지 간접적으로 구할 수 있다. 두께 40km의 표층은 물, 염, 수화 광물의 혼합물이다. 그 아래에는 소량의 염수를 포함할 가능성이 있는 층이 있으며, 광물 조성을 탐지할 수 있는 한계인 깊이 100km보다 더 깊은 곳까지 미친다. 그 아래는 점토와 같은 수화된 암석이 포함된 맨틀로 추정된다. 세레스 내부 가장 깊은 곳에 액체가 있는지, 금속이 풍부한 핵이 존재하는지는 현재로서는 판단 불가능하다.[242] 모델링에서는 세레스가 암석 부분의 부분적인 분화로 금속성 작은 핵을 가질 수 있음을 보여준다.[243][240]

세레스의 편평률은 내부가 암석 핵과 얼음 맨틀로 분화된 경우와 일치한다.[240] 이 100km 두께의 맨틀(세레스 전체 질량의 23~28%, 전체 부피의 50%[244])에는 지구에 존재하는 담수 총량보다 많은 200000000km3의 물이 포함되어 있다고 여겨진다.[240] 이 결과는 2002년 케크 망원경 관측과 진화론적 모델링으로 뒷받침된다.[240] 표면과 역사적 특성(형성 당시 상당히 어는점이 낮은 성분을 흡수할 수 있을 정도로 일사량이 약했던 태양으로부터의 거리 등)으로부터, 세레스 내부에 휘발성 물질이 포함되었을 가능성이 지적되며,[240] 액체 물 층이 얼음층 아래에 현재까지 남아 있을 가능성도 제시된다.[240] 어떤 연구에서는 핵과 외층의 밀도는 각각 2.46~2.90 g/cm3 및 1.68~1.95 g/cm3, 외층의 두께는 약 70~190km로 추정된다. 핵에서는 부분적인 탈수(얼음 방출)가 일어나고 있다고 예상되며, 물의 얼음에 비해 외층의 밀도가 큰 것은 규산염과 염이 포함된 것을 반영한다.[240] 즉, 핵, 맨틀, 지각은 모두 얼음 또는 암석으로 구성되지만, 그 함량 비율은 다르다.

다른 연구에서는[245] 세레스가 콘드룰로 구성된 핵과 얼음, 미세한 고체 미립자가 혼합된 얼음으로 된 맨틀의 2층 천체로 모델링된다. 표면에서의 얼음 승화는 두께 20m의 수화 입자 퇴적물을 남긴다. 데이터와 일치하는 내부 구성의 예상 범위는 크며, 75%가 콘드룰이고 나머지 25%가 미립자인 지름 380km 핵과, 75% 얼음과 25% 미립자를 포함하는 맨틀로 이루어진 핵이 가장 커지는 경우나, 거의 완전히 미립자로 이루어진 지름 85km 핵과, 30% 얼음과 70% 미립자로 된 맨틀로 이루어진 핵이 가장 작아지는 경우까지 다양하다. 핵이 큰 경우에는 염수가 존재할 만큼 따뜻해져야 한다. 핵이 작으면 110km보다 깊은 영역의 맨틀은 액체 상태로 남는다. 후자의 경우, 포함된 액체의 2%가 동결되면 액체를 표면으로 밀어낼 만큼 충분히 압축할 수 있으며, 빙하 화산을 형성할 것이라고 생각된다. 이는 세레스에서 평균 5,000만 년마다 하나의 빙하 화산이 생성되었을지도 모른다는 추측과 비교될 수 있다.[246]

4. 2. 표면

세레스의 표면은 C형 소행성과 구성이 매우 유사하다.[323] 그러나 적외선 스펙트럼을 통해 수화(hydrate)된 물질이 많다는 것이 확인되어 세레스 내부에 많은 양의 물이 있음을 알 수 있다는 점과, C형 소행성과 달리 탄산염은 존재하지 않는다는 차이점이 있다.[323] 그 외에도 탄소질의 콘드라이트 운석에서 흔히 볼 수 있는 철이 풍부한 흙이 존재할 가능성이 있다.[323] 이러한 특징 때문에 세레스는 때때로 G형 소행성으로 분류되기도 한다.[344]

세레스의 표면은 상대적으로 온화한 편이다. 1991년 5월 5일, 태양이 남중했을 때 측정된 최고 온도는 235 K였다.[324]

허블 우주 망원경이 1995년에 촬영한 자외선 영상에는 어두운 영역이 있었는데, 당시에는 이 영역을 발견자 주세페 피아치의 이름을 따 피아치라고 불렀다.[325] 이 영역은 현재의 댄투 충돌구 부근으로 추정된다.[326] 2002년 켁 망원경으로 촬영한 근적외선 영상에서는 밝고 어두운 부분이 곳곳에 나타났다.[327] 2003년부터 2004년까지 허블 우주 망원경으로 촬영한 가시광선 영상에서는 11가지의 지형을 구분할 수 있었으며, 그 중 하나는 1995년에 촬영된 "피아치"로 확인되었다.[328]

과거에 지질학적 활동이 있었음에도 불구하고 큰 충돌구가 많지 않다.[329] 세레스에서 가장 높은 산인 아후나산은 얼음화산으로 추정되며, 형성된 지 수억에서 십억 년이 되었고,[330] 약 2억 년 전에 활동을 멈춘 것으로 보인다. 과거에는 여러 개의 얼음화산이 있었지만 지질 활동으로 인해 모두 사라진 것으로 추측된다.[331]

돈 탐사선은 세레스 표면에서 수백 개의 밝은 지점(파쿨라)을 관측했다. 가장 밝은 지점은 옥케이터 분화구 중앙에 있는 세레스알리아 파쿨라이다.[82] 옥케이터 중앙에는 9~10km 너비의 구덩이가 있고, 중앙 돔으로 부분적으로 채워져 있는데, 이는 지하 저수지의 동결로 인한 것일 가능성이 높으며, 지구 북극 지역의 핑고와 비슷하다.[85][86]

4. 2. 1. 크레이터

돈 탐사선은 세레스 표면이 크레이터로 뒤덮여 있지만, 예상보다 큰 크레이터는 적다는 것을 밝혀냈다.[68] 현재 소행성대 형성을 기반으로 한 모델에서는 세레스에 직경 이상의 크레이터가 10~15개 존재할 것으로 예측했다.[68] 하지만 세레스에서 확인된 가장 큰 크레이터인 커완 분지는 직경 이다.[77] 이러한 현상은 지각의 점성 완화로 인해 큰 충격으로 생긴 지형이 서서히 평평해졌기 때문으로 보인다.[68][69]

세레스의 북극 지역은 적도 지역보다 크레이터가 훨씬 많으며, 특히 동쪽 적도 지역은 비교적 크레이터가 적다.[70] 20~100km 크기의 크레이터의 전체 크기 빈도는 후기 대폭격 시기에 형성되었다는 것을 나타내며, 고대 극지방 이외의 크레이터는 초기 빙하 화산 활동에 의해 제거되었을 가능성이 높다.[70] 테두리가 닳아 없어진 세 개의 큰 얕은 분지(평원)는 침식된 크레이터일 가능성이 높다.[57] 가장 큰 분지인 벤디미아 평원(Vendimia Planitia)은 직경 이며,[68] 세레스에서 가장 큰 단일 지형이기도 하다.[71] 이 세 분지 중 두 곳에서는 평균보다 높은 암모니아 농도가 나타난다.[57]

돈 탐사선은 세레스 표면에서 직경 이상의 바위 4,423개를 관측했다. 이 바위들은 충돌로 인해 형성되었을 가능성이 높으며, 크레이터 내부 또는 근처에서 발견되지만 모든 크레이터에 바위가 있는 것은 아니다. 큰 바위는 고위도 지역에 더 많다. 세레스의 바위는 부서지기 쉽고 열 스트레스(새벽과 황혼에 표면 온도가 급격하게 변화함)와 운석 충돌로 인해 빠르게 붕괴된다. 이들의 최대 수명은 1억 5천만 년으로 추정되며, 이는 베스타의 바위 수명보다 훨씬 짧다.[72]

4. 2. 2. 밝은 점

세레스 표면에는 수백 개의 밝은 지점(파쿨라)이 존재하며, 가장 밝은 지점은 옥케이터 분화구 중앙에 있는 세레스알리아 파쿨라이다.[82][83] 동쪽에 위치한 밝은 지점 그룹은 비날리아 파쿨라로 명명되었다.[84] 옥케이터에는 9~10km 너비의 구덩이가 있고, 중앙 돔으로 부분적으로 채워져 있는데, 이는 지구 북극 지역의 핑고와 유사하게 지하 저수지의 동결로 인해 형성되었을 가능성이 높다.[85][86]

돈 탐사선은 옥케이터 분화구에서 이러한 밝은 점들이 황산마그네슘 육수화물(MgSO4·6H2O)이 포함된 증발된 소금물의 일종일 수 있다고 보고했다.[157] 또한, 이 지점들은 암모니아가 풍부한 점토와 관련이 있는 것으로 밝혀졌다.[157] 근적외선 스펙트럼 분석 결과, 다량의 탄산나트륨(Na2CO3)과 소량의 염화암모늄(NH4Cl) 또는 중탄산암모늄(NH4HCO3)이 검출되었다.[89][90] 이러한 물질들은 표면으로 올라온 소금물이 결정화되면서 생성된 것으로 추정된다.[91]

2020년 8월 NASA는 세레스가 수분이 풍부한 천체이며, 수백 곳에서 표면으로 스며든 깊은 소금물 저수지를 가지고 있음을 확인했다.[92] 이로 인해 옥케이터 분화구의 지점을 포함한 "밝은 지점"이 생성되었다.[93] 세레스알리아 위에서는 주기적으로 안개가 나타나는데, 이는 가스 방출이나 승화되는 얼음이 밝은 지점을 형성했다는 가설을 뒷받침한다.[87] 2016년 3월, 돈 탐사선은 옥소 분화구에서 물 얼음의 확실한 증거를 발견했다.[88]

4. 3. 대기

세레스에는 약한 대기와 함께, 표면에는 물이 얼어 생긴 서리가 있는 것으로 추정된다.[332] 표면의 얼음은 태양으로부터의 거리 때문에 불안정하다.[333] 만약 태양광에 직접 노출된다면 승화할 것으로 보인다. 내부의 물얼음이라도 표면으로 드러날 수 있지만, 매우 짧은 시간에 그 표면에서 탈출한다. 결과적으로, 수분 증발 현상은 감지하기 어려울 것이라 추측된다. 극 지역에서 수분이 탈출하는 현상은 1990년대에 관측되었다는 보고가 있지만 확실히 증명된 것은 아니다. 다만, 새로 생긴 분화구 주위나 표면 아래층의 틈에서 수분이 탈출하는 현상이 감지될 가능성이 존재한다.[313] IUE의 자외선 관측으로 많은 양의 수산화물 이온이 북극점 근처에서 발견되었다. 수산화물 이온은 태양의 자외선 복사로 수분이 증기로 변하는 과정에서 생성된 결과물이다.[332]

2017년, 돈 탐사선은 세레스가 수증기로 이루어진 일시적인 대기를 가지고 있음을 확인했다.[100] 2014년 초 허셜 우주 망원경이 세레스의 중위도 지역에서 직경 60km 이하의 국지적인 수증기원을 감지했을 때 대기의 흔적이 처음 나타났다. 각각의 원은 초당 약 개의 물 분자(3 kg)를 방출한다.[101][102]

5. 기원과 진화

세레스는 약 45억 7천만 년 전 소행성대에서 형성된 원시 행성에서 진화되었을 것이라 추정된다.[338] 내행성계의 대부분 원시 행성은 다른 원시 행성과 합쳐져 지구형 행성을 이루거나 목성에 의해 바깥쪽으로 튕겨 나갔지만,[338] 세레스는 상대적으로 변화를 겪지 않은 것으로 생각된다.[321] 다른 이론에서는 세레스가 카이퍼 대에서 형성된 후 소행성대로 옮겨져 왔을 것이라고 주장한다.[339]

세레스의 지질 발달 과정은 열적 작용과 연관이 있으며, 형성 직후 내부가 암석질 핵과 얼음 맨틀로 분화되었을 것으로 추측된다.[296][321] 열적 과정은 화산 활동에 의한 물과 판이 표면을 다시 덮어 오래된 지형을 지우면서 일어난 것으로 보인다.[321] 세레스는 크기가 작기 때문에 형성되자마자 식어서 모든 표면 재포장 과정이 중지된 것으로 추정된다.[321][340] 표면의 얼음은 승화하여 수화된 무기물만 남게 되었을 것이다.[323]

오늘날 세레스는 지질학적으로 비활동 천체이며, 표면은 충돌에 의해서만 변할 수 있다.[296] 세레스에서 발견되는 많은 양의 얼음은 내부에 물이 존재할 가능성을 높여준다.[321][340] 내부의 가상적인 층은 대양(ocean)이라고 불린다.[323] 액체 물이 존재한다면, 암석질 핵과 얼음 맨틀 사이에 있을 것으로 추측되며,[321] 대양에는 소금, 암모니아, 황산 혹은 부동 물질이 물에 용해되어 있을 것이다.[321]

6. 생명체 존재 가능성

화성, 유로파만큼 활발하게 논의되지는 않지만, 과학자들은 세레스에 물 얼음이 존재한다는 점을 들어 생명체가 존재할 수도 있다는 가능성을 열어두고 있다.[334] 세레스는 잠재적 서식지로서 화성, 유로파, 엔켈라두스 또는 타이탄만큼 자주 거론되지는 않지만, 지구 다음으로 내행성계에서 가장 많은 물을 가지고 있으며,[126] 표면 아래 염수 주머니는 생명체의 서식지를 제공할 수 있다.[126]

세레스의 극지방 영상으로 북반구에 걸쳐 어두운 파란색이 나타나 있음
수분 얼음의 존재를 나타내는 토양 상층부 1미터의 수소 농도(파란색)


유로파나 엔켈라두스와 달리 조석 가열을 경험하지 않지만, 태양에 충분히 가까우며 장기간 지속되는 방사성 동위원소를 충분히 포함하고 있어 지하의 액체 상태의 물을 오랫동안 보존할 수 있다.[126] 유기 화합물의 원격 탐지와 표면 근처에서 질량의 20%가 탄소와 섞인 물의 존재는 유기 화학에 유리한 조건을 제공할 수 있다.[65] 생화학적 원소 중 세레스는 탄소, 수소, 산소, 질소가 풍부하지만,[129] 인은 아직 탐지되지 않았고,[130] 허블 우주 망원경의 자외선 관측을 통해 제시되었음에도 불구하고, ''돈'' 탐사선에 의해 황은 탐지되지 않았다.[126]

세레스가 외계 생명체의 잠재적 서식지로서 활발한 논의가 이루어지고 있지는 않지만, 세레스의 얼음 맨틀이 과거에 물이 풍부한 지하 바다였던 증거가 제시되고 있으며, 이는 과거에 그곳에 생명체가 존재했을 것이라는 추측을 낳고 있다.[261][262][263][264]

7. 관측

2004년에 망원경으로 촬영한 세레스의 향상된 허블 이미지


근일점 부근에서 충일 때, 세레스는 +6.7의 겉보기 등급에 도달할 수 있다.[341] 이것은 일반적인 맨눈으로는 볼 수 없을 만큼 어둡지만, 이상적인 관측 조건 하에서는 시력이 좋은 사람이 볼 수 있을지도 모른다. 베스타는 비슷하게 밝은 등급에 정기적으로 도달할 수 있는 유일한 다른 소행성이며, 팔라스와 이리스는 충일 때 근일점 부근에 있을 때만 그렇다.[132] 합일 때 세레스의 등급은 약 +9.3이며, 이는 10×50 쌍안경으로 볼 수 있는 가장 어두운 천체에 해당한다. 따라서 광공해가 없는 맑은 밤하늘과 삭 무렵에는 이러한 쌍안경으로 볼 수 있다.[12]

'''돈''' 미션 이전에는 세레스에서 몇몇 표면 특징만 명확하게 감지되었다. 1995년 고해상도 자외선 허블 이미지는 표면에 어두운 부분을 보여주었는데, 이것은 세레스의 발견자를 기리기 위해 "피아치"라는 별명이 붙었다.[134] 이것은 분화구로 여겨졌다. 2003년과 2004년 허블이 촬영한 전체 회전의 가시광선 이미지는 11개의 인식 가능한 표면 특징을 보여주었지만, 그 성질은 불확정적이었다.[136][137] 그중 하나는 피아치 특징에 해당했다.[136] 2012년 켁 천문대가 적응 광학으로 촬영한 전체 회전에 걸친 근적외선 이미지는 세레스의 회전과 함께 움직이는 밝고 어두운 특징을 보여주었다. 두 개의 어두운 특징은 원형이었고 분화구로 추정되었는데, 하나는 밝은 중앙 영역이 관측되었고 다른 하나는 피아치 특징으로 확인되었다. '''돈'''은 결국 피아치가 벤디미아 평원 중앙의 어두운 지역이며, 분화구 단투 근처에 있고, 다른 어두운 특징은 하나미 평원 안에 있으며 오카토르 분화구 근처에 있음을 밝혀냈다.

7. 1. 주목할 만한 관측


  • 1984년 11월 13일, 멕시코, 플로리다, 카리브해 전역에서 세레스가 다른 별을 가리는 엄폐 현상이 관측되었다.[343]
  • 1995년 6월 25일, 허블 우주 망원경을 이용하여 해상도 50km의 자외선 이미지를 얻었다.[344][345]
  • 2002년, 켁 망원경의 적응 제어 광학을 적용하여 해상도 30km의 적외선 이미지를 얻었다.[346]
  • 2003년과 2004년에 걸쳐서, 허블 우주 망원경을 이용하여 해상도 30km의 가시광선 이미지를 얻었다.[296][347]
  • 2015년에 돈을 통해서 세레스를 촬영했다.

8. 탐사

NASA는 2007년에 무인 탐사선 돈을 발사하여 2015년에 세레스에 도착했다.[348] 돈 탐사선은 영상 분리형 카메라, 가시광선 및 적외선 분광계, 감마선과 중성자 감지기를 탑재하여 세레스의 형태와 구성 물질을 연구했다.[348]





돈은 2015년 4월 23일, 고도 13500km에서 세레스 주위의 첫 번째 관측 궤도("RC3")에 진입했다. 이후 궤도 거리를 4400km로 줄였고("탐사"), 그 후 1470km("HAMO"; 고고도 매핑 궤도)에서 2개월, 마지막으로 375km("LAMO"; 저고도 매핑 궤도)에서 최소 3개월 동안 머물렀다.[149][150]

궤도 지도화 – 위키미디어 공용 사진[351]
페이즈번호날짜[352]고도궤도 주기해상도
(km/px)		허블 우주 망원경에 비해 개선각주
RC312015년 4월 23일 ~ 2015년 5월 9일13500km15일1.324배
Survey22015년 6월 6일 ~ 2015년 6월 30일4400km3.1일0.4173배
HAMO32015년 8월 17일 ~ 2015년 10월 23일1470km19시간0.14 (140m)217배
LAMO42015년 12월 6일 ~ 2016년 9월 2일375km5.5시간0.035 (35m)850배
XMO252016년 10월 5일 ~ 2016년 11월 4일1480km19시간0.14 (140m)217배[353][354][355]
XMO362016년 12월 5일 ~7520km ~ 9350km≈8일0.9 (90m)(추측)34배 (추측)[354]



돈 탐사선은 세레스 표면의 밝은 점, 크레이터, 아후나 산 등 다양한 지형을 촬영하고 데이터를 수집했다. 특히 2015년 2월 19일 이미지에서 분화구 안에 있는 두 개의 뚜렷한 밝은 지점이 발견되었는데,[153] 이는 빙하 화산 활동 또는 가스 방출 가능성을 시사했다.[154][155] 이후 2016년 9월, 돈 탐사선 팀 과학자들은 아후나 산이 세레스의 빙하 화산 특징에 대한 가장 강력한 증거라고 발표했다.[76]

2018년 6월부터 10월까지 돈은 세레스를 35km에서 4000km까지 다양한 거리에서 공전했다.[159] 돈의 임무는 연료가 소진된 2018년 11월 1일에 종료되었다.[160]

8. 1. 향후 탐사 계획

세레스를 탐사하려는 돈 탐사선의 상상도


2020년, ESA 팀은 오카토르 크레이터(Occator Crater)에 대한 후속 임무인 칼라투스 미션(Calathus Mission) 개념을 제안했는데, 이는 밝은 탄산염 광채와 어두운 유기물을 지구로 반환하는 임무이다.[161] 중국 우주국(CNSA)은 2020년대에 진행될 세레스 샘플 반환 임무를 설계하고 있다.[162]

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