과학자들은 해왕성 궤도 너머에서 행성보다 작지만, 그냥 소행성으로 분류하기에는 다소 큰 천체들을 찾아냈다. 이들은 왜행성(dwarf planet)으로 분류됐는데, 이 가운데는 명왕성급 천체도 있어 결국 명왕성은 행성의 지위를 잃고 왜행성으로 다시 분류됐다. 일부 사람들은 아쉬워했지만, 천문학자들은 반대였다. 명왕성의 형제가 대거 새로 발견되면서 태양계 외곽 천체에 대한 연구가 크게 진전됐기 때문이다.
이런 왜행성 가운데 하나가 바로 콰오아(Quaoar)다. 대략 지름 1100㎞로 명왕성의 절반 수준인 콰오아는 지구-태양 거리의 40배가 넘는 위치에서 거의 원에 가까운 궤도를 공전하는 얼음 천체다. 그냥 봐서는 특별한 게 없는 태양계 외곽 얼음 천체처럼 보였지만, 최근 과학자들은 콰오아 주변에 목성이나 토성 같은 고리가 있다는 사실을 발견했다.
고리의 존재보다 더 놀라운 사실은 고리의 위치였다. 토성의 고리 같은 일반적인 고리는 보통 ‘로슈의 한계’ 이내에 위치한다. 로슈의 한계는 위성의 중력이 모천체의 기조력보다 커지는 지점으로 이 거리 안에서는 위성이 행성이나 소행성의 중력에 의해 부서져 고리 형태로 존재할 수 있다.
하지만 콰오아의 고리는 로슈의 한계보다 먼 4000㎞ 거리에서 발견됐다. 기존 이론에 따르면 이 거리에선 안정적인 고리가 유지될 수 없는데도 고리가 발견된 것이다. 여기에 더해 대규모 국제 과학자팀이 이번에는 고리가 하나가 아니라는 사실을 발견했다. 콰오아에서 2500㎞ 지점에서 발견된 두 번째 고리 역시 로슈의 한계 밖에 존재한다. 두께는 10㎞ 정도로 다소 균일한데, 첫 번째 고리가 5~300㎞로 일정하지 않은 것과 대조된다.
사실 콰오아는 두 개의 고리 이외에도 지름 170㎞의 위성 웨이왓을 1만2000㎞ 거리에 지니고 있다. 복잡한 고리 시스템을 생각하면 아직 발견되지 않은 위성이 중력을 행사하고 있을 가능성이 있다. 다만 확실한 것은 직접 탐사선을 보내 명왕성처럼 확인하기 전까지는 알 수 없다.
명왕성과 그 위성들을 상세히 연구한 과학자들은 작은 얼음 천체가 태양계 내행성보다 더 복잡한 위성 시스템을 지니고 있다는 사실에 놀라움을 금치 못했다. 하지만 콰오아의 사례를 보면 이렇게 복잡한 위성 및 고리 시스템은 태양계 외곽 얼음 왜행성의 흔한 특징일지도 모른다.
물론 이를 검증하기 위해서는 앞으로 추가 관측과 새로운 탐사선이 필요하다. 당장에는 계획이 없지만, 콰오아를 직접 관측할 탐사선도 언젠가는 등장할 것이다.
고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com
