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유성체

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1. 개요

유성체는 행성 간 공간을 이동하는 고체 물체로, 크기는 소행성보다 작고 원자보다 크다. 국제천문연맹(IAU)은 유성체의 크기를 30μm에서 1m로 정의하지만, 유성을 생성하는 모든 물체에 대해서는 예외를 둔다. 유성체는 대부분 외계 니켈과 철을 포함하며, 철질, 석질, 석철질로 분류된다. 유성체는 소행성대나 혜성에서 유래하며, 지구 대기 진입 시 마찰열로 인해 유성이 발생하고, 일부는 지표면에 도달하여 운석이 된다. 유성체가 충돌하면 충돌구가 생성되며, 충돌로 인해 용융된 지구 물질이 냉각되어 텍타이트가 되기도 한다.

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유성체
개요
설명태양계를 구성하는 작은 천체로, 모래알 크기에서 바위 크기까지 다양한 크기를 가짐.
크기 범위모래알 크기 ~ 바위 크기
구성 물질우주 먼지, 암석, 금속 등
주요 위치태양계 내
명칭
영어meteoroid
일본어유성 물질(流星物質, りゅうせいぶっしつ)
한국어유성체(流星體)
로마자 표기법yuseongche
정의 및 분류
정의태양계를 공전하는 작은 천체.
관련 용어유성, 운석, 소행성
유성과의 관계유성체는 대기권 진입 시 유성이 됨.
운석과의 관계유성체가 지표면에 도달하면 운석이 됨.
소행성과의 관계소행성보다 작은 천체.
생성 원인혜성의 파편, 소행성의 충돌 파편 등
특징
크기모래알 크기에서 수 미터 크기까지 다양함.
형태불규칙한 모양을 가짐.
성분암석, 금속, 얼음 등 다양한 성분으로 구성됨.
속도대기권 진입 시 매우 빠른 속도로 이동함.
역사 및 연구
연구 방법천문 관측, 레이더 관측, 우주 탐사 등을 통해 연구함.
발견우주 공간에서 흔하게 발견됨.
기타 정보
중요성태양계 형성 과정 및 초기 조건 연구에 중요한 정보 제공.
위험성지구 대기권 진입 시 유성으로 관측되며, 큰 유성체의 경우 지표면에 충돌하여 피해를 줄 수 있음.
참고 자료Cambridge English Dictionary, Universe Today, The Free Dictionary, National Geographic, NASA, NASA
참고 도서ABC Science, Smithsonian

2. 유성체

행성의 대기권에 끌려들어온 유성체는 마찰열 때문에 전체 또는 일부가 증발한다. 유성체는 표면에 빠른 속도로 충돌해 분화구를 만들기도 하고, 지구 대기권으로 떨어지기도 한다. 지구의 경우, 유성체는 대기에 초속 20~80km의 속도로 진입하며, 대기와의 마찰로 큰 압력을 받아 빛을 내면서 이온화된다. 이렇게 빛을 내는 현상을 유성이라 한다. 유성은 대기 중 공기 저항으로 속도가 느려져 지표면 충돌 직전에는 종단속도(terminal velocity)인 초속 60미터까지 감소한다.[20] 증발하지 않고 지표면에 도달한 유성체의 잔해는 운석이라 부른다.

2009년 2월 28일 수단 누비아 사막에서 발견된 운석 파편


지구 대기에 들어온 유성체는 충격파에 의한 가열로 고온이 되어 기화하고, 일부는 전리되어 플라스마가 된다. 유성체 궤적을 따라 대기의 일부도 고온이 되어 플라스마가 되는데, 이 플라스마 물질이 재결합할 때 빛을 내는 것이 유성이다.

일반적인 유성은 밝기가 2등급 정도이며, 지상 약 100km 대기 중에서 발광한다. 이는 자동차 전조등 정도의 밝기(약 100W)이다. 지상에서 여러 지점에서 관측한 데이터를 통해 유성의 속도가 10~70km/s임을 알 수 있다. 유성체는 지름 수 cm 이하, 얼음이나 암석 정도의 밀도, 수 g 이하의 질량을 가진 물질로 추정된다. 어두운 유성일수록 많이 나타나는 것으로 보아 작은 유성체일수록 수가 많다고 생각된다.

유성체를 직접 채취한 예는 없지만, 2004년 스타더스트 탐사선이 혜성 먼지를 채취하여 2006년 지구로 가져온 사례가 있다. 그러나 이를 유성이 되기 전 유성체라고 단정할 수는 없다.

유성체의 일부가 증발하지 않고 지상에 낙하한 것을 운석이라고 하지만, 유성체와 운석의 기원이 반드시 같다고는 할 수 없으므로, 이러한 표현은 피하는 것이 좋다.

2. 1. 정의

국제천문연맹(IAU)은 1961년에 유성체를 "행성간 공간에서 이동하는 고체 물체로, 크기는 소행성보다 상당히 작고 원자보다 상당히 크다"고 정의했다. 이후 유성체의 크기 정의는 여러 차례 수정되었는데, 1995년에는 100μm에서 10m 크기로, 2010년에는 10μm에서 1m 지름의 물체로 수정되었다. 2017년에는 크기가 30μm에서 1m 지름으로 제한되었지만, 유성을 생성하는 모든 물체에 대해서는 예외를 두었다.[10]

유성체보다 작은 물체는 미소유성체와 행성간 먼지로 분류된다.

2. 2. 구성

거의 모든 유성체는 외계 니켈과 철을 포함하고 있다. 유성체는 철, 석질, 석철질의 세 가지 주요 분류로 나뉜다. 일부 석질 유성체에는 콘드룰이라고 알려진 알갱이 모양의 혼합물이 포함되어 있으며, 이를 콘드라이트라고 한다. 이러한 특징이 없는 석질 유성체는 "아콘드라이트"라고 하며, 일반적으로 외계의 화성 활동으로 형성된다. 아콘드라이트는 외계 철을 거의 또는 전혀 포함하지 않는다.[11]

유성체의 구성은 지구 대기를 통과할 때의 궤적과 생성된 유성의 빛 스펙트럼을 통해 추론할 수 있다. 무선 신호에 대한 유성체의 영향 또한 정보를 제공하며, 특히 관측이 매우 어려운 주간 유성에 유용하다. 이러한 궤적 측정을 통해 유성체는 다양한 궤도를 가지고 있는 것으로 밝혀졌는데, 일부는 종종 모체 혜성과 관련된 유성우(또는 유성우)로 뭉쳐 있고, 다른 것들은 겉보기로는 산발적이다. 유성체 흐름에서 나온 파편은 결국 다른 궤도로 흩어질 수 있다. 궤적과 광도곡선 측정과 결합된 빛 스펙트럼은 얼음의 약 1/4 밀도의 부서지기 쉬운 눈덩이 같은 물체[12]부터 니켈-철이 풍부한 고밀도 암석에 이르기까지 다양한 구성과 밀도를 산출했다. 운석 연구는 또한 비일시적인 유성체의 구성에 대한 통찰력을 제공한다.

2. 3. 태양계 내에서의 기원과 운동

대부분의 유성체는 소행성대에서 유래하지만, 일부는 혜성의 입자(유성우의 원인)이거나, 화성이나 과 같은 천체의 충돌로 인해 우주로 튕겨져 나간 파편이다. 유성체는 다양한 궤도와 속도로 태양 주위를 공전한다. 가장 빠른 유성체는 지구 궤도 근처에서 우주를 시속 약 42km/s로 이동한다. 이것은 태양에서의 탈출 속도이며, 지구 속도의 두 배의 제곱근과 같고, 성간 우주에서 온 것이 아닌 이상 지구 근처 물체의 최고 속도 한계이다. 지구는 시속 약 29.6km/s로 이동하므로, 유성체가 대기를 정면으로 만날 때(역행 궤도에 있는 유성, 예를 들어 역행 혜성 55P/템펠-터틀과 관련된 사자자리 유성우의 경우에만 발생) 합쳐진 속도는 약 71km/s에 달할 수 있다(비선형 운동량#천체역학 참조).[13] 지구 궤도 공간을 이동하는 유성체의 평균 속도는 약 20km/s이다.

3. 유성의 발생

행성의 대기권에 끌려들어온 유성체는 마찰열에 의해 증발한다. 지구의 경우, 유성체는 빠른 속도로 대기권에 진입하면서 대기와의 마찰로 인해 매우 큰 압력과 열을 받아 밝게 빛난다. 이 과정에서 유성체 물질이 증발한 기체는 이온화되어 빛나는데, 이러한 빛을 내는 현상을 유성이라고 한다.[20]

지상의 여러 관측 지점에서 동일한 유성을 동시에 관측한 자료를 통해 유성의 지구에 대한 속도는 10~70km/s로 추정된다. 이로부터 유성체는 지름 수 cm 이하, 얼음 또는 암석 정도의 밀도를 가지며, 수 g 이하의 질량을 가진 물질이라고 생각된다. 또한 일반적으로 어두운 유성일수록 많이 출현하는 것으로부터 작은 유성체일수록 수가 많다고 생각된다.

유성체가 직접 채취된 예는 없지만, 2004년 혜성 탐사선 스타더스트가 2006년 혜성의 먼지를 채취하여 지구로 가져온 사례는 있다. 그러나 이를 유성이 되기 이전의 유성체라고 단정 지을 수는 없다.

유성체와 운석의 기원이 반드시 같다고는 할 수 없으므로, "유성체의 일부가 증발하지 않고 지상에 낙하한 것을 운석이라고 부른다"는 서술은 피하는 것이 좋다.

3. 1. 유성체의 지구 낙하

유성체는 행성의 대기권에 끌려들어오면 마찰열 때문에 전체 또는 일부가 증발한다. 지구의 경우, 유성체는 지구 대기에 초속 20~80 킬로미터의 속도로 진입한다. 이때 유성체는 대기와의 마찰로 매우 큰 압력에 노출되고 열을 발산하면서 밝은 빛을 낸다. 이 과정에서 유성체 물질이 증발한 기체는 이온화되어 빛나게 된다. 이러한 빛을 내는 현상을 유성이라 한다. 유성은 대기 중의 공기 저항으로 속도가 느려지는데, 보통 지표면에 충돌하기 직전의 속도는 초속 60미터까지 감소되며 이를 종단속도(terminal velocity)라고 한다.[20]

3. 2. 발광 원리

유성체는 지구 대기에 돌입하면서 충격파에 의한 가열로 고온이 되어 부분적으로 또는 완전히 기화한다. 일부는 전리되어 플라스마가 된다. 유성체 궤적을 따라 대기의 일부도 고온이 되어 전리되어 플라스마가 되며, 이 플라스마 물질이 재결합할 때 빛을 내는 것이 유성이다.[20]

전형적인 유성은 2등급 정도의 밝기이며, 지상 약 100km 상공에서 발광한다. 이는 자동차 헤드라이트 정도의 밝기이다.

4. 운석

행성의 대기권에 끌려들어온 유성체는 마찰열에 의해 전부 또는 일부가 증발한다. 이러한 유성체는 표면에 빠른 속도로 충돌해 분화구를 만들기도 하고 지구의 대기권으로 떨어지기도 한다. 지구의 경우, 유성체는 지구 대기에 초속 20~80 킬로미터의 속도로 진입하며, 대기와의 마찰로 인하여 매우 큰 압력에 노출되고 열을 발산하면서 밝은 빛을 낸다. 이 과정에서 유성체 물질이 증발한 기체는 이온화되어 빛나게 된다. 이런 빛을 내는 현상을 유성이라 한다. 유성은 대기 중의 공기 저항으로 속도가 느려지는데, 보통 지표면에 충돌하기 직전의 속도는 초속 60미터까지 감소되며 이를 종단속도라고 한다.[20] 이처럼 증발하지 않고 지표면까지 도달하는 유성체의 잔해를 운석이라 한다.

강력한 충돌 중에는 충돌체 전체가 증발되어 운석이 남지 않을 수도 있다. 지질학자들은 천문학자들과는 다른 의미로 "운석"이라는 용어를 사용하여 매우 큰 충돌체를 나타낸다. 예를 들어, USGS는 "충돌하는 물체의 정확한 특성, 즉 암석질 또는 금속질 소행성인지, 아니면 얼음 혜성인지 여부를 알 수 없다는 것을 의미"하는 방식으로 일반적인 큰 분화구를 형성하는 발사체를 의미하는 용어로 사용한다.[16]

유성체는 이나 화성과 같이 대기가 거의 없거나 전혀 없는 태양계의 다른 암석 천체에도 충돌하여 지속적인 분화구를 남긴다.

4. 1. 운석의 정의와 특징

운석은 대기권을 통과하여 지표면에 떨어질 때 파괴되지 않고 남은 유성체 또는 소행성의 일부이다.[15] 운석은 진입 시 발생하는 열과 충격의 힘으로 구조와 화학적 성질이 변형된다. 운석은 항상 그런 것은 아니지만, 고속 충돌구와 함께 발견되는 경우가 있다.

엄지손가락 자국과 같은 레그마글립트가 있는 멀른피위 운석(호주, 1910년)

4. 2. 갤러리

5. 유성체와 관련된 천문 현상

유성체와 관련된 천문 현상으로는 행성간 먼지, 미소유성체, 근지구 천체, 베틸(Baetyl)(운석으로 추정되는 신성한 돌), 충돌구, 충돌 사건, 운석, 미소운석, 텍타이트 등이 있다.

5. 1. 유성우

대부분의 유성체는 혜성에서 방출된 입자로, 유성우를 발생시킨다.[13] 유성체의 대부분은 과거 혜성에서 방출된 먼지로 여겨지지만, 소행성 기원의 것도 있는 것으로 보인다. 이 먼지는 모체의 궤도 부근에 띠 모양으로 분포하며 궤도 운동을 하는데, 이 먼지의 띠를 더스트 트레일(dust trail)이라고 부른다. 더스트 트레일이 지구의 공전 궤도와 교차하는 경우, 많은 유성체가 지구 대기에 돌입하여 유성우가 관측된다.

5. 2. 산재유성

오랜 시간 동안 흩어져 황도면에 넓게 분포하는 행성간 먼지가 지구 대기에 돌입하면 산재유성으로 관측된다. 산재유성은 황도광의 원인이 되기도 한다.[13]

6. 충돌구

유성체가 , 수성 등 대기가 거의 없거나 전혀 없는 천체와 충돌하면 충돌구가 생성된다. 지구, 금성 등과 같이 지표 지질학적 과정이 활발한 행성이나 위성에서는 충돌구가 시간이 지나면서 침식되거나 변형될 수 있다. 과거에는 충돌구 관련 특징을 암석 폭발(cryptoexplosion) 또는 암석화산 구조(cryptovolcanic structure)라는 용어로 설명하기도 했다.[17]

6. 1. 충돌구의 생성과 변형

유성체가 , 수성, 칼리스토, 가니메데를 비롯한 대부분의 작은 위성과 소행성을 포함한 태양계의 고체 천체와 충돌하면 충돌구가 생성된다. 이러한 충돌구는 많은 천체의 지형적 특징 중 가장 두드러진다. 지구, 금성, 화성, 유로파, 이오, 타이탄과 같이 활동적인 지표 지질학적 과정을 가진 다른 행성과 위성에서는 가시적인 충돌구가 시간이 지남에 따라 침식되거나, 매몰되거나, 또는 판구조론적 과정에 의해 변형될 수 있다. 충돌구 생성의 중요성이 널리 인식되기 전 초기 문헌에서는, 현재는 지구상의 충돌 관련 특징으로 인식되는 것들을 암석 폭발(cryptoexplosion) 또는 암석화산 구조(cryptovolcanic structure)라는 용어로 종종 설명했다.[17] 운석 충돌구에서 방출된 용융된 지구 물질은 냉각되어 고화되어 텍타이트로 알려진 물체가 될 수 있다. 이것은 종종 운석으로 오인된다. 때로는 원래 운석의 조각이 포함된 지구 암석은 운석의 충돌에 의해 생성되거나 변형되어 임팩타이트라고 불린다.

6. 2. 임팩타이트와 텍타이트

운석 충돌구에서 방출된 용융된 지구 물질이 냉각되어 고화되면 텍타이트(tektite)가 생성될 수 있다. 이것은 종종 운석으로 오인되기도 한다.[17] 운석 충돌에 의해 생성되거나 변형된, 원래 운석의 조각이 포함된 지구 암석은 임팩타이트(impactite)라고 불린다.

참조

[1] 백과사전 meteoroid https://dictionary.c[...]
[2] 뉴스 What is the difference between asteroids and meteorites http://www.universet[...] 2015-06-02
[3] 웹사이트 meteoroids http://www.thefreedi[...] The Free Dictionary 2015-08-01
[4] 웹사이트 Meteoroid http://education.nat[...] 2015-08-24
[5] 웹사이트 Meteors & Meteorites http://solarsystem.n[...] 2015-08-01
[6] 웹사이트 Asteroid Fast Facts http://www.nasa.gov/[...] NASA 2014-03-31
[7] 뉴스 The Oldest Material in the Smithsonian Institution Came From Outer Space https://www.smithson[...] 2019-01-09
[8] 방송 Survey finds not all meteors the same http://www.abc.net.a[...] 2011-12-22
[9] 웹사이트 JPL Small-Body Database Browser: (2011 CQ1) http://ssd.jpl.nasa.[...]
[10] 뉴스 Definitions of terms in meteor astronomy (IAU) https://www.imo.net/[...] International Meteor Organization 2017-09-26
[11] 웹사이트 Meteorite types and classification http://geology.com/m[...] Geology.com 2014-03-02
[12] 학술지 Physical Dynamics of the Upsilon Pegasid Fireball – European Network 190882A http://www.lpi.usra.[...]
[13] 웹사이트 Report on Orbital Debris https://web.archive.[...] 1989-02
[14] 웹사이트 Earth Collides Head-On with Small Comet http://www.seti.org/[...] SETI Institute
[15] 서적 The Oxford Illustrated Dictionary Oxford University Press
[16] 웹사이트 What is a Bolide? https://woodshole.er[...] woodshole.er.usgs.gov 2011-09-16
[17] 웹사이트 Traces of Catastrophe: A Handbook of Shock-Metamorphic Effects in Terrestrial Meteorite Impact Structures http://www.lpi.usra.[...] Smithsonian Institution
[18] 웹사이트 Arizona Through Time https://www.arizonam[...] 2024-09-03
[19] 웹사이트 Northwest Africa 869 http://www.lpi.usra.[...] The Meteoritical Society
[20] 서적 운석도감 한국운석광물연구소 2004-04-08



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