혜성

특징

장주기 혜성은 태양계 외곽의 오르트 구름으로부터 생겨나는 것으로 여겨지고 있다. 이들이 중력의 작용으로 간섭을 일으켜 충분히 긴 타원 형태의 궤도를 갖게 되면 태양에 접근하게 된다는 것이다.

물리적인 특징

혜성의 본체는 핵으로 불린다. 핵은 순수한 얼음이 아닌, 암석질 또는 유기질의 먼지를 포함하고 있다. 이로부터, 혜성의 핵은 '더러운 눈덩이'에 비유된다. 핵의 평균 직경은 수백 m 정도로, 작고 어두운 것이 수십 m, 특별히 큰 것이 드물게 50 km 이 되기도 한다. 질량은 크기에 따라 다른데, 직경 1 km 정도의 혜성이 수십억 t 단위, 직경 10 km 정도의 혜성이 수조 t 의 단위라고 생각되고 있다. 이는, 지구의 산 하나 정도에 해당된다. 얼음의 구성성분은 분자수로 보면, 80% 이상이 물(H₂O) 이며, 다음으로 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO₂), 메탄(CH₄)의 순서이며, 암모니아(NH₃)와 사이안화수소(HCN) 등도 미량 포함되어 있다. 쌍안경이나 천체망원경으로 관측할 때에 푸른색으로 보이는 것은, 이들의 적은 성분이 태양광으로 분해되어 생기는 C₂와 CN 등의 라디칼(radical)의 스펙트럼이 강한 때문이다.
태양으로부터 먼 곳에서는, 저온으로 핵이 완전이 얼어붙어 있으므로, 지구상에서는 단지 소행성 형태의 천체로만 보인다. 하지만, 혜성이 태양에 가까이 오면, 태양으로부터 복사되는 열에 의해 그 표면이 증발하기 시작한다. 증발된 가스와 먼지는 매우 크고 희박한 대기가 되어 핵의 주위를 구형으로 감싸게 되는데, 이를 '코마'라 부른다.
그리고, 태양으로부터의 복사 압력과 태양풍에 의해, 태양과 반대쪽 방향으로 꼬리가 만들어진다. 혜성의 꼬리는, 먼지 꼬리라는 먼지와 금속으로 구성된 흰 빛의 꼬리와, 이온 꼬리라 부르는 이온화된 기체로 구성된 푸른 빛이 도는 꼬리가 있다. 먼지 꼬리는 곡선을 그리게 되는데, 이는 핵으로부터 방출된 먼지가 독자적인 궤도에서 공전하게 되고, 서서히 핵 본체로부터 떨어져 태양풍이나 광압의 영향 등을 받기 때문이다. 역사적으로 큰 혜성들은 이러한 꼬리가 휘어진 형태로 넓게 퍼져 보였다. 이에 대하여, 이온 꼬리는 기체와 먼지보다 태양풍의 영향을 크게 받고, 태양의 인력보다는 자기장에 따라 운동하므로, 태양의 거의 반대편에 수직으로 뻗게 된다. 단, 태양풍이 불규칙하게 불어 때에 따라서는 굽혀지거나 찢기는 등 격렬한 변화를 보일 때도 있다. 또한, 지구가 혜성의 궤도면을 통과할 때에는, 혜성의 휘어진 먼지 꼬리와 지구와의 위치에 의해 태양의 방향으로 꼬리가 뻗은 것처럼 보이는 경우가 있다.
코마나 꼬리는, 핵에 비해 규모가 매우 커진다. 코마는 태양(직경 약 139만 km)보다도 크게 될 때가 있다. 또한, 꼬리도 1 천문단위(AU) 이상의 길이가 되기도 한다. 1996년 봄에 밝아졌던 관측 사상 가장 큰 꼬리를 길게 늘어뜨린 햐쿠타케(百武) 혜성은 꼬리의 길이가 3.8 천문단위(5억 7천만 km)가 되었다. 먼지는 태양빛을 직접 반사하고, 기체는 이온화되어 밝게 빛난다. 대부분의 혜성은 너무 어두워 망원경이 없으면 보이지 않지만, 10년에 몇 개 정도는 육안으로도 충분히 보일 수 있을 만큼 밝게 된다. 망원경이 발명되기 이전에는, 혜성은 밤하늘의 아무것도 없는 곳으로부터 나타나, 조금씩 보이지 않게 되어 사라지는 것으로 생각되었다.
혜성의 핵은, 태양계에 존재하는 천체 중에서도 가장 검다. 1986년, 지오토 탐사기가 핼리 혜성의 핵에 접근하여 핵의 알베도(반사도)가 4 %임을 측정하였다. 또한, 딥스페이스 1호도 2001년에 발레리 혜성에 접근, 관측하였고, 핵 표면의 알베도가 2.4% ~ 3% 정도로 측정하였다. 이는, 달이나 아스팔트의 알베도가 7%인 것에 비교하면 매우 낮은 수치이다. 이는 복잡한 유기화합물이 어두운 표면을 구성하고 있다고 생각된다. 태양에 의해 표면이 가열되면 휘발성의 화합물이, 특히 검은 빛의 긴 사슬의 화합물을 남기고 증발하여 석탄이나 원유와 같이 검게 되는 것이다. 혜성의 표면이 매우 검으므로, 열을 흡수하여 바깥층의 기체가 방출된다.
1996년, 햐쿠타케 혜성의 관측으로부터 혜성이 X-선을 복사한다는 것을 발견하였다. 혜성이 X-선을 복사하는 것은 예상하지 못했던 일이어서 연구자들을 놀라게 하였다. 이는, 혜성과 태양풍의 상호작용에 의해 생겨났다고 생각되고 있다. 이온이 급격하게 혜성의 대기에 돌입하면, 이온과 혜성의 원자와 분자가 충돌하게 되어, 이로부터 이온이 여러개의 전자를 포획하여, X-선이나 자외선을 방출하게 된다고 추측되고 있다.

혜성 연구의 역사

고대에서 중세에 이르는 시기 동·서양에서는 혜성에 대한 여러 관측과 연구가 있었다. 옛날 사람들은 하늘을 완벽한 세계라고 믿었다. 그런데 이런 생각을 깨뜨린 것이 혜성이었다. 어느날 갑자기 하늘에 나타난 혜성은 우주의 질서를 깨뜨리는 공포스러운 존재였던 것이다. 대표적인 것이 핼리혜성의 출현이었다. 핼리혜성은 로마시대때 유독 자주 등장했는데 로마인들 역시 혜성은 불행을 예고한다고 생각했다. 로마의 정치인 율리우스 카이사르가 암살됐을 때 천문학자들은 붉은 혜성을 낮에도 목격했으며, 사람들은 이 혜성이 율리우스가 신으로 변해 하늘로 올라가는 것이라 믿었다. 불길함을 암시한다는 믿음때문에 로마의 황제 네로는 혜성이 나타날때마다 주변에 있던 신하들을 죽였다. '가장 중요한 신하들을 처형해 하늘의 분노를 피해야 한다'는 점성술사들의 의견을 따른 것이었다. 대한민국에도 불행을 암시한 혜성에 대한 기록이 남아있다. 신라시대에는 왕의 죽음이나 중요한 역사적 사건이 일어났을 때 헤성이 등장했는데, 장보고가 염장에게 암살당했을때도 혜성이 나타났다고 전해진다. 당시 기록에는 혜성에 대해 다음과 같이 설명하고 있다. "그 빛은 대지를 환하게 했고 우레와 같은 소리가 있어 산이 붕괴되고 돌이 무너지는 것 같았다. 그 혜성의 꼬리는 페가수스 자리로 내달았고 55일만에 사라졌다".
조선시대때 나타난 혜성 역시 불길한 조짐으로 해석됐다. 왕은 혜성이 나타날때마다 경계심을 늦추지 않았는데 혜성은 역모나 반역의 징조로 해석됐기 때문이었다. 조선 개국 후 처음 나타난 핼리혜성은 1456년 23일에 걸쳐 관측되었는데 며칠 후 의정부 우찬성인 정찬손과 김질이 세조에게 알현을 청했고, 그 결과 사육신의 단종 복위 계획이 밝혀졌다. 사건에 연루된 이들은 일주일 후 모진 고문 끝에 처형되었으며 이들 중 주모자 6명은 후대에 사육신으로 기록된다. 핼리혜성은 당시 민감한 정치 사안인 단종 복위라는 사건을 암시했다고 여겨진 것이었다. 1531년 나타난 핼리혜성은 중종 때 좌의정까지 오른 김안로의 등용과 시기를 같이하고 있다. 중종의 외척인 김안로는 희대의 간신으로 남아있는데 그가 한성보 판인에 제수된 다음날 하늘에 10여자에 이르는 긴 혜성이 나타났다고 기록되어 있다. 당시 사람들은 혜성의 출연을 하늘의 경고로 인식했던 것이다. 실제로 좌의정까지 오른 김안로는 무소불위의 권력을 휘두르며 정족을 제거하는 공포정치를 폈다. 6년 후 결국 김안로는 문정왕후 폐위 기도가 발각되어 사약을 받고 만다. 핼리혜성은 왕과 왕실의 죽음을 예견하기도 했다. 1607년 병석에 누워 있던 선조는 그해 여름 핼리혜성이 나타났다는 보고를 받고 6개월 뒤 죽게 된다.
그러나 전 세계적으로 혜성에 대한 불안이 고조되던 때 이와 반대되는 의견을 제시한 사람이 있었다. 17세기 폴란드의 귀족 '루베이넹츠키'는 415회에 다르는 혜성의 출연과 사건들의 관계를 조사했다. 그 결과 좋은 일과 나쁜 일이 치우침 없이 거의 고르게 나타난다는 사실을 밝혀내고 '역사적 재앙과 혜성의 출연은 서로 연관성이 없다'는 결론을 내렸다. 그러나 그의 주장에도 불구하고 혜성에 대한 불안감은 막을 수 없었다. 같은 17세기 영국의 밤하늘에 나타난 정체 모를 혜성은 사람들을 공포의 도가니로 몰아넣었다. 당시 점성가들은 강력한 역병을 예언하는 것이라고 주장했다. 불길한 예감은 현실로 나타나 혜성이 나타난 1664년부터 런던은 치명적인 전염병인 '페스트'에 시달리게 되는데 이 대역병은 10만명의 목숨을 앗아갔다. 정부의 노력 끝에 대역병은 1666년 가을부터 점차 수그러들기 시작했는데 1666년 9월 새벽 2시경, 한 빵공장에서 일어난 불이 크게 번져 세계 3대 대화재로 남은 '런던 대화재'가 일어났다. 불은 5일동안 87채의 교회와 13,000여 가구를 불태우며 9명의 희생자와 7만여명의 노숙자를 낳았다. 당시 사람들은 런던이 3년 사이에 대역병과 대화재를 겪은 이유가 2차례에 걸친 혜성의 출연 때문이라고 생각한 것이다.
이같이 불길한 징조로 여겨지던 혜성은 18세기에 들어서야 실체가 조금씩 밝혀지기 시작했다. 천문학자였던 에드먼드 핼리는 혜성에 대해 의구심을 품게 되는데 그의 친구인 아이작 뉴턴이 새로운 주장을 내놓았기 때문이다. 뉴턴은 1680년 10월과 11월에 관측된 혜성이 태양 뒤로 사라졌다가 12월에 나타나자 두 혜성이 같은 것이며 태양을 중심으로 궤도를 그리고 있다고 주장했다. 그 이야기를 들은 핼리는 1705년 24개 혜성의 궤도를 계산하여 1531년과 1607년, 1682년에 출연한 세 개의 혜성이 같은 혜성임을 밝혀낸다. 그리고 1758년 이 혜성이 또 나타날 것이라고 예측했다. 즉 이 혜성이 75~76년을 주기로 지구에 접근한다고 주장한 것이다. 핼리의 예측대로 1758년 긴 꼬리를 드리운 혜성이 밤하늘에 나타났다. 이로써 갑자기 나타났다 사라지는 혜성에 주기가 있다는 것이 밝혀졌으며, 혜성은 그의 이름을 따 핼리혜성이라 이름을 붙이게 됐다. 이후 다양한 연구를 통해 혜성은 주기적으로 지구를 지나간다는 것과, 태양 주위를 공전한다는 사실이 밝혀졌다.
그러나 혜성의 존재가 과학적으로 밝혀진 뒤에도 공포는 사라지지 않았다. 1910년 세계에는 때아닌 종말론에 휩싸였다. 당시 언론들은 종말론에 대한 기사들을 마구잡이로 쏟아냈는데 이는 혜성이 지구와 근접한다는 근거에 의한 것들이었다. 방독면과 독가스 해독약이 불티나게 팔렸으며, 비상시에 마실 공기를 미리 채워놓기 위해 자전거 튜브를 사재기하는 일대 소동이 벌어지기도 했다. 심지어 지구 종말의 공포를 견디지 못해 자살하는 사람들까지 있었는데, 이렇게 전 세계를 공황상태로 몰아넣은 주인공은 바로 그해 5월 지구에 모습을 드러낸 핼리혜성이었다. 당시 지구 종말론의 근거는 핼리혜성의 꼬리였다. 1910년 지구는 핼리혜성의 꼬리 부분에 분포된 가스 속에 파묻히게 됐는데 프랑스의 천문학자 '까미오 프라마리오'는 핼리혜성의 꼬리 부분에 청산가리의 원료인 '시안'이 함유돼 있다고 발표한 것이다. 지구가 핼리혜성의 독가스 속으로 파묻히게 된다는 속설때문에 최후의 만찬을 위한 파티가 유행했으며, 약삭빠른 장사꾼들은 혜성 액땜 알약과 방독면을 팔았다. 그러나, 그해 5월 지구는 20일에 걸쳐 혜성의 꼬리 파묻혔으나 아무 일도 일어나지 않았다. 핼리혜성이 빚어낸 해프닝이었던 것이다. 그럼에도 불구하고 혜성이 지구에 근접할 경우 지구에 치명적인 영향을 미칠 수 있다는 주장은 종종 제기된다. 코넬대학교 천문학과 '제임스 맥케니'는 '행성X, 혜성 그리고 지구이 변화'라는 저서에서 '혜성이나 소행성이 지구에 충돌하지 않아도 지구에 막대한 재난을 불러올 수 있다'고 주장했다. 혜성이 지구를 스쳐지나가기만 해도 지진과 화산을 일으킬 수 있으며, 지축의 변동까지 일어날 수 있다는 것이다. '충돌의 세계'의 저자 '임마뉴엘 벨리코브스키'는 인간의 역사를 기록한 이래 지구는 꾸준히 혜성과의 충돌 위험을 겪었으며, 이로인해 지구의 지축이 변하면 기후 및 기상이 변할 수 있는데 바로 이것이 지구의 대격변이 일어나는 가장 큰 이유가 된다고 주장했다. 하지만 대부분의 과학자들은 혜성이 지구에 영향을 끼친다는 것은 기우에 불과하다고 주장한다. 충돌 가능성이 매우 낮으며 지구와 혜성은 아무런 상관이 없다는 것이다. 그러나 혜성이 지구에 미치는 영향과 상관 없이 혜성 자체에 대한 공포는 비극적인 결말을 낳았다. 1997년 신고를 받고 출동한 미국 캘리포니아 경찰은 주택 안에 나란히 누워 있는 39명의 시신을 발견한다. 모두 짙은색 바지에 운동화를 신고 있었으며 얼굴에 보자기가 씌워져 있었다. 이들은 외계 생명체 추종 단체인 천국의 문(Heaven's Gate) 회원들로 지구에 종말이 올 것이라는 믿음 때문에 자살을 감행한 것이다. 그들이 지구 종말의 원인으로 생각한 것은 '헤일-밥 혜성'이었다. 헤일-밥 혜성은 공전 주기가 약 3천년이며, 핼리혜성보다 약 100배 밝은 혜성으로 알려져 있다. 이 헤일-밥 혜성이 1997년 지구에 인접했을 때 무려 18개월동안 맨눈으로 관측할 수 있었는데 당시 신도들은 이 혜성이 지구와 충돌해 인류의 멸망을 가져올 것이라 믿었던 것이다. 현재까지 밝혀진 혜성은 약 1,600여개이며, 이중 궤도가 밝혀진 것은 600여개만이 궤도가 파악돼있다.

동아시아의 혜성 연구

동아시아에서는 혜성은 달의 정기가 모여 만들어졌다고 여겼다. 천체의 출현은 길흉의 판단으로 이어졌는데, 혜성은 주로 재난의 경고로 받아들여졌다.

중국의 혜성 연구

기원전 2세기경의 것으로 추측되는 마왕퇴 무덤에서 혜성의 여러 형태와 명칭을 기록한 백서(帛書)가 발굴되었다.

중세 이전

아리스토텔레스는 그의 저서 '기상학(Meteorology)'에서, 혜성이 황도를 벗어난 위치에 나타나는 것을 근거로 혜성은 행성과는 다른 것이며, 유성이나 오로라, 은하수와 함께 상층 대기의 현상이라 주장하였다. 이 주장이 2천 년간 서양의 혜성 이론을 대표하였다.