Astro News - Serial No 18 - June 2013

             처음 올린 본문에서 "Hilda 의 태양 공전주기가 2/3 이므로

             목성 공전주기 보다 <작다>" 라는 저의 모호한 설명에 대해

             인천지부 김주영님께서 오류를 지적해 주셨었다. 

             이는 제가 수량을 표현하는

             <짧다, 길다> <크다, 작다><많다, 적다> <빠르다, 느리다> 등의

             용어에 대해 혼동이 있었기 때문이다.

             이에 대해 원치복 서울지부장님께서 제게 이메일로

             공전주기와 공전속도는 별개의 문제이며, 

             공전주기가 2/3 이라도 그 속도는 목성보다 빠를수도 있고, 

             느릴 수도 있다는 설명을 보내주셨다. 

             지부장님 설명을 토대로 Hilda 의 공전속도를 구해보고,

             아래와 같이 본문을 수정한다. 오류 지적해 주신 김주영님과

             상세한 설명 보내주신 원치복 서울지부장님께 감사드립니다.    

목성의 태양 공전주기는 약 11.8 년이므로 Hilda 의 태양 공전주기는 그의 2/3인 약 7.9년이 될 것이다.

따라서 Hilda 공전주기는 목성보다 <짧다 – Short>.  그런데, 공전주기 의 <길고 짧음> 과 공전속도의

<빠르고 느림>은 별개의 문제이다.  따라서 공전속도로만 본다면 7.9년 주기인 Hilda 의 공전속도가

11.8년 주기인 목성보다 <빠를> 수도 있고, <느릴> 수도 있다.  

목성과 Hilda의 공전속도를 찾아보았는데, 목성은 13.07 km/초 라는 자료가 있으나,

Hilda의 공전속도에 대한 자료는 없었고, 궤도 장반경 자료는 있었다. Hilda의 공전주기가

7.9년이므로 이를 토대로 제가 직접 Hilda의 공전속도를 아래에 계산해 보았다.  

1) 목성의 공전속도 : 13.07 km/초

2) Hilda의 공전속도 ( s ) 구하기

    a) Hilda 공전궤도 장반경 : 3.7~4.2 AU.

      공전궤도가 원이라 가정하고, 궤도 평균반지름을  r 이라 하면

           r = 4.0 AU                     ------------- ⓐ

    b) Hilda 공전궤도 길이 ( H )를 구하면,

           H = 2 π r                      -------------- ⓑ

      ⓑ 에 ⓐ 를 대입하면

           H = 2 x 3.14 x 4.0 AU = 25.12 AU  ----------  ⓒ

c) Hilda 공전속도 ( s )

         s = H / 7.9 년 = 25.12 AU / 7.9 년   -----------   ⓓ

         한편 1 AU = 149.60 x 10 x 6 승수 km -----------  ⓔ

         또한 1 년 = 31.536 x 10 x 6 승수 초  -----------  ⓕ

   ⓓ 식에 ⓔ ⓕ 를 대입하면  

              25.12 x (149.60 x 10 x 6 승수 km)           3,758

         s = -----------------------------   =   ------   km / 초

              7.9 x (31.536 x 10 x 6 승수 초)                249

           = 15.09 km / 초   

위에서 보시듯이 목성의 공전속도는 13.07 km/초 인데, Hilda 공전속도는 15.09 km / 초이다.

따라서 아래와 같이 다시 정리할 수 있다.

   a) 공전주기 :

      목성 11.8년, Hilda 7.9년

      Hilda 공전주기는 목성보다 <짧다>

   b) 공전속도 :

      목성 13.07 km/초, Hilda 15.09 km/초

      Hilda 공전속도는 목성보다 <빠르다>

크게 중요한 사항은 아니지만, 이번 기회에 Hilda 공전속도를 계산해 볼 수 있었고, 수량에 대한 정확한 우리말 표현도 알게 되었으니 계산하느라 투자한 시간이 아깝지는 않다.

지금까지 이 지역에서 발견된 소행성은 약 1,100 개 이다.  아래의 Hilda 소행성 구조를 표현한 그림 보십시오.

<노란색 점들이 Hilda 소행성.

보라색 원은 목성 공전궤도. 그 안쪽의 붉은 색 원은 153 Hilda 공전궤도

그림 fisica.cab.cnea.gov.ar> 

2. Trojans 와 Hildas 비교

위에서 따로따로 소개드린 Trojan 소행성과 Hilda 소행성 차이점을 비교해 본다.

                      Trojan 소행성                 Hilda 소행성

      ---------------------------------------------------------------------------------

      위치            L4, L5 의 Trojan Points        Trojan 소행성 안쪽

      태양 공전궤도   목성 공전궤도와 동일         목성 공전궤도 안쪽

      공전주기        목성 공전주기와 동일         목성 공전주기의 2/3

      분포 모양       L4, L5  두 지역 집중          정삼각형 구조

      명칭            목성 및 우주 전체에 사용     목성에서만 사용  

      ---------------------------------------------------------------------------------

이 두 소행성 그룹을 하나의 그림으로 나타내면 아래와 같다. 그림을 보실 때 유념하실 점은 Hilda 소행성들이 그림에서 보듯이 반드시 Trojan 소행성 바로 안쪽에 위치하지는 않는다는 점이다.  Hilda 소행성의 공전주기는 Trojan 소행성 공전주기의 2/3 이므로 각기 따로 논다고 생각하시면 될 듯하다.  흰색으로 표시된 부분은 화성과 목성 사이의 Asteroid Belt 이다.

<Trojan 소행성과 Hilda 소행성>

(4) 태양계 다른 행성의 Trojan 소행성

Lagrangian Points (라그랑쥬 점) 에 의미에 대해 미리 상세히 언급 드리지 않고 <L4> <L5 > 등을 말씀드렸으나, Lagrangian Points 에는 모두 5개가 있음은 이미 잘 알고 계시리라 믿는다.  이 5개 점들을 보통 L1, L2, L3, L4, L5 로 표기한다. 그런데 이 5개 점들에서 <L4> 및 <L5 > 두개 점들만 특히 Trojan Points 라고 부르고,  나머지 <L1> <L2> <L3>을 지칭하는 특정한 명칭은 없다.

그런데 반드시 목성 경우만이 아니고, 우주의 모든 천체에서 <L4> 및 <L5> 인 Trojan Points 에 위치하는 소행성 및 위성들을 Trojan Asteroid, Trojan Satellite (Moon) 또는 한 단어로 Trojans 라  부른다. 그리이스 신화에서 탄생한 <고유명사> 가 목성 궤도의 천체에 사용될 때까지만해도 고유명사 품위를 유지했는데, 결국은 우주의 모든 천체에 까지 확대 사용되면서 <일반명사>로 변신하게 되었다.

따라서 Trojans,  Trojan Asteroid,  Trojan Satellite (Moon) 란 용어를 목성을 떠나 우주적 관점에서 다시 정의한다면,  “어떤 행성이나 거대 위성과 동일한 공전궤도 상의 Trojan Points 인 <L4>  <L5> 주변에서 해당 행성, 위성과 동일한 궤도 상에서 동일한 궤도 주기로 공전하는 천체” 를 말한다. 태양계에선 당연히 목성 이외의 행성에도 Trojans 가 존재한다.  아래는 다른 행성들의 Trojans를 정리한 것이다.

   1. 수성, 금성 : 아직 미발견. 

   2. 화성 : 5261 Eureka / 1988 VF31 / 1999 UJ7 등

   3. 목성 : 위에서 설명함.

   4. 토성 : 토성의 위성 Tethys 가 거느린 달 Telesto 와 Calypso 및

            또 다른 위성 Dione 가 거느린 달 Helene 와 Polydeuces.

   5. 해왕성 : 2001 QR322 / 2005 TN53 등

   6. 천왕성 : 2011 QF99 등

   7. 명왕성 : 아직 미발견. 

(5) 지구의 Trojan 소행성 - 2010 TK7

   1. 귀하신 분 얼굴 모습

그러면 지구에도 과연 Trojan 소행성이 있을까 ?  오늘 현재까지는 오직 1개만이 발견되어 있고, 그 이름은 <2010 TK7 소행성> 이다.  직경은 약 300 meter 이며 현재 지구 공전궤도 상의 <L4> 위치에 있다.  절대등급은 약 21 등급이고 안시등급도 절대 등급과 비슷한 21~23 등급이다.

이 소행성은 우주 망원경으로 발견된 귀하신 소행성이다. NASA 가 2009년 12월에 발사한 위성 망원경인 WISE 가 2010년 10월 이 소행성을 촬영했고, 2011년 5월에 공전궤도가 확인되어 그해 7월에 Nature 잡지에 공식발표 되었다.  참고로 WISE 는 Wide Field Infrared Survey Explorer 의 약자.  아래 사진은 2010 TK7 을 촬영한 사진이다. 녹색 원 내부의 점이라는데 눈 나쁘신 분께선 찾기 쉽지 않아 보인다. 

<지구의 유일한 Trojan 인 2010 TK7.  녹색 원 내부>

  2. 귀하신 분 노시는 모습

위에서 Trojan은 모체 행성 또는 위성과 동주기 공전한다고 말씀 드렸다. 지구의 태양 공전주기가 1년이므로 2010 TK7 의 공전주기도 1년일 것이다. 정확히 말씀 드리면 2010 TK7 의 공전주기는 이것의 공전궤도가 확인된 던 2011 년 당시 측정치로는 365.389 일 이었다.  지구의 공전주기가

365.256 일 임을 감안하면 공전주기가 약 2.4 시간 더 길다.  공전궤도 원지점은 1.19 AU, 근지점은 0.81 AU 이며 “평균” 공전궤도 평면은 지구 공전궤도면과 21° 기울어져 있다.

특이한 사실은 2010 TK7 의 공전궤도가 지구처럼 얌전하진 않다는 것이며, 위에서 “평균” 공전궤도 평면이라 한데는 다 이유가 있다. 이 소행성은 자신의 공전궤도 평면을 중심으로 위 아래로 요동치며 공전하므로 천구의 북쪽에서 내려다 보면 <타원> 또는 <올챙이 머리> 모양처럼 보인다.  아래 그림에서 노란 원은 태양, 푸른색 원은 지구이고 2010 TK7 는 맨 오른쪽 작은 회색 점이다.  녹색 점선이 천구의 북쪽에서 내려다 본 공전궤도인데, 실제 궤도보다 과장되게 표현한 그림이다. 청색 점은 공전궤도 중심 축을 표시한 것으로, 그 중심축은 지구 공전궤도와 동일하다.

<2010 TK7 의 공전궤도. 천구의 북쪽에서 내려다 본 것. 그림 astro.uwo.ca>

위의 그림은 2D 이므로 실제의 궤도 모습을 짐작하기는 쉽지 않다. 실제 공전궤도 모습을 3D 로 표현한 아래 그림 보시면, 2010 TK7 가 요동치며 태양을 도는 모습을 상상할 수 있다. 어떤 때는  태양과 지구 사이에 있다가 어떤 때는 태양 반대편으로 이동하기도 한다.  모든 부모들이 자기 아이가 한 살 정도 되었을 때 노는 모습 보고 “혹시 우리 아이가 천재가 아닐까 ?” 라고 생각하는 것처럼,  지구의 유일한 Trojan 노는 모습도 범상치 않아 보인다. 

<2010 TK7 의 공전궤도를 입체로 표현 한 것. 왼쪽 상단 흰색 작은 점이 2010 TK7.

  그림 astro.uwo.ca>

아래 그림은 2011년에 관측결과에 따라 2050년, 2110년 및 2209년에 이 소행성의 지구와의 상대적 위치를 보여주는 그림이다.  소행성은 Loop 모양을 따라 시계 방향으로 운동하며 1번 Loop를 도는 주기는 태양을 공전하는 주기와 동일한 1년이다.  2011년부타 2050년까지는 <L4> 위치라고 할 수 있으나 2209년에는 지구에서 보기에 거의 반대편에 가 있으므로 사실 이 때는 Tojan 소행성이라고 부르기 곤란해질 것이다.

<2010 TK7 와 지구의 상대적 위치. 그림 neo.jpl.nasa.gov>

지금까지는 2010 TK7 이 지구의 유일한 Trojan 이지만, 현재 지구의 <L5> 위치는 아직 무주공산 (無主空山) 이고 혹시 <L4> 위치에서 또 다른 소행성이 자기를 찾아주기 기다릴지도 모를 일이다. 위 그림을 가만히 들여다 보고 있으니 갑자기 <소행성 Hunter> 가 되고 싶은 생각이 든다. “견물생심, 작심삼일”…. (見物生心, 作心三日) 하여간 이것도 저의 많고 많은 단점 중 하나임은 틀림없는 듯.  그런데 혹시 우리의 <달> 에도 Trojan 소행성이 있을까 ? 이 문제에 대한 해답은 본 칼럼 맨 끝부분 <Moon River Wider Than a Mile> 을 보시기 바랍니다.

II. Not Essential But Beneficial

   Lagrangian Points – 세가지 물체운동의 정지해 (停止解)

(1) Newton 도 골치 아파한 삼체문제 (Three-Body Problem)

이제 앞의 <Trojan 소행성> 부분에서 언급 드린 <라그랑쥬 점> 의 물리학적 의미를 간단하게나마 살펴보겠다.  라그랑쥬 점은 영어로 Lagrange Points, Lagrangian Points 또는 Libration Points 등으로 쓰는데 여기서는 Lagrangian Points 로 사용하겠다.  Newton 역학으론 한 개 또는 두 개 물체의 운동은 잘 설명될 수 있으나 물체가 세 개가 되면 상호작용을 설명하기 곤란해진다. 세 개 물체 (삼체) 운동을 설명하는 역학을 “Three-Body Problem” 이라 부른다.  

삼체문제를 최초로 연구한 사람은 Leonhard Euler (오일러. 1707~1783. Swiss) 이다. 나중에 Joseph-Louis Lagrange (라그랑쥬. 1736~1813. Italy 및 France 국적) 도 이 문제를 같이 연구하면서 1772년에 <Essay on the Three-Body Problem> 이란 논문을 발표했다.  여기서 Lagrange 는  Euler 가 찾아낸 세 개 위치와 그 가 찾아낸 두개 위치를 합하여 모두 다섯개 위치를 설명해 놓았다. 이것들은 다른 두개 물체 위치에 대해 상대적으로 정적 평형상태에 있다고 해서 정지해 (停止解, Stationary Soution) 라고도 부른다.  우선 이 두분의 초상화 먼저 보시지요.

<Swiss 지폐의 Leonhard Euler 초상.                            <Joseph-Louis Lagrange.

 그림 hdwallpaperspot.com>                                      그림 fineartamerica.com>

(2) Lagrangian Points 의 위치

아래 그림은 A, B, C 세 개 물체가 궤도 운동하는 것을 표현한 것이며 Lagrangian Points 는 L1 / L2 / L3 / L4 / L5 로 표시했다.  Three-Body Problem 이란 아래 그림에서 A 라는 질량이 큰 물체를 중심으로 이보다 질량이 작은 B 라는 믈체가 원형궤도로 운동하고 있을 때, 질량이 A 및 B 보다 현저히 작은 제 3의 물체 (The 3^rd Objct) 인 C의 운동 역학을 설명하는 이론이다.  Euler 와 Lagrange 는 이 문제를 연구하면서 <C 가 A 및 B 에 대해 상대적으로 정지해 있는 것> 처럼 보이는 위치를 발견하게 되었다. 

C가 A, B에 대해 상대적으로 정지해 있는 것처럼 보이다는 것을 달리 말하면, C가 A, B 중력의 영향을 받지 않는다는 의미로서 <C 의 원심력과 A, B의 중력이 반대 방향의 같은 힘으로 서로 상쇄> 되는 지점이다.  그 다섯개 지점의 위치는 아래와 같다.  Scale 은 무시한 그림입니다.

<Lagrangian Points 위치 (Scale 무시) > 

Euler 가 찾아낸 세 개 위치와 Lagrange 가 찾아낸 두 개 위치는 물리적으로 아래와 같은

차이가 있다.

    1. Euler 가 찾아낸 L1 / L2 / L3 :  제 3의 물체 C 가 이 점에서 약간만 벗어나면

                                   다시 이 점으로 돌아오지 못하는 <불완전 평형점>

    2. Lagrange 가 찾아낸 L4/ L5 :   제 3의 물체 C 가 이 점에서 약간 벗어난다해도 

                                    다시 이 점으로 되돌아오는 <완전 평형점>

(3) L2 까지 거리 구하기

다섯개 Lagrangian Points 를 찾게 된 수학적 과정은 저로서는 접근하기 어려운 내용이다. 여기서는 가장 계산하기 쉬운 L2 지점의 거리가 지구에서 얼마나 떨어져 있는지만 알아보겠다.

한국천문연구원 (KASI) 홈페이지에 있는 내용을 기준으로, 제가 일부 추가 필요한 사항 보충해서 L2 거리를 계산하는 방법을 설명 드리겠다. 

  1. Lagrangian Points 가 되기 위한 조건

  위의 그림 L2 위치에서 받는 힘은 중력과 원심력 두가지일 것이다. 위의 그림에서 제 3의

  물체 (the 3^rd Object) 인 C 가 L2 지점에 있다고 가정하고 이 지점이 Lagrangian Points 가

    되려면 아래의 조건을 충족해야 한다.

      a) L2  지점에서 C 가 받는 인력 (중력) 과 C 가 공전하면서 발생되는 원심력은 같다.

    b) C 가 받는 인력은 태양 (A) 의 인력과 지구 (B) 인력의 합이다.

    c) C 의 공전주기는 지구 (B) 가 태양 (A) 을 공전하는 주기와 같다.

 2. 미리 알고 계셔야 할 공식과 아래 수식에 사용된 기호의 의미

     a) 원심력 (Fc)  Fc＝m r ω^２             - m : 물체의 질량.                   

                                                           - r  : 물체가 원운동 할 때 반지름

                                                           - ω : 물체가 원운동 할 때 각속도

     b) 인력  (Fg)  Fg = G m1 m2 / r ²     - G : 중력상수

                                                           - m1, m2 : 두가지 물체 각각의 질량

                                                           - r  : m1 과  m2 사이의 거리

     c) 아래의 수식에 사용된 기호들 의미  

          R :  지구에서 태양까지 거리 (km)

          r  : 지구에서 L2 까지 거리 (km)   

          ME : 지구 질량 (kg)

          MS : 태양 질량 (kg)  

          MC : 제 3의 물체의 질량 (kg) 

          ω  : 지구의 태양 공전 각속도 (km/초)

          G  : 중력상수 (Serial No 10 참조)

               6.67384 x 10⁻¹¹ N m² / kg ²  또는 

               6.67384 x 10⁻¹¹ m³ kg ^-1 sec ^-2   오차범위 1.2 x 10⁻⁴ 

3. L2 까지 거리 구하기

  아래 수식은 위의 그림에서 제 3의 물체 C 가 L2 에 위치 할 경우, B (지구) 에서 L2 까지의

  거리를 구하는 것이다. 자료는 한국천문연구원 (KASI) 홈페이지 내용을 기준으로하고, 이해

  쉬우시도록 제가 일부 사항을 추가했다.  제가 덧붙인 사항은 보라색으로 표시했다. 

 a) 먼저 지구의 태양 공전만을 생각해서 

   <지구 (B) 의 원심력 = 태양 (A) 과 지구 (B) 사이의 인력> 으로 수식을 만든다.

    원심력 Fc＝m r ω^２ 이고, 인력 Fg = G m1 m2 / r ² 이므로,

                                                                      여기서 ME 를 정리하면,

                                        가 되며, 좌변의 R 을 우변으로 이항하면,

                                          가 된다 -------- ⓐ   

     여기서  ω 는 <지구> 의 공전 각속도이다. 

 b) 또한 L2  지점에서 C 의 원심력 = C 가 받는 인력

                                  = 태양 (A) 의 인력 + 지구 (B) 인력이다. 

      <C 의 원심력 = 태양 (A) 의 인력 + 지구 (B) 인력> 으로 수식을 만들면,

      여기서 MC 를 정리하면, 

                  가 된다 -------- ⓑ 

      여기서  ω 는 <제 3의 물체 C> 의 공전 각속도이다.

 c) 한편 L2 지점에서는 지구(B) 와 제 3의 물체 (C)의 공전주기가 같으므로

    각속도 ( ω ) 도 서로 동일하다.

    따라서 ⓐ 식에 있는 ω 와 ⓑ 식에 있는 있는 ω 수치는 같다. 

    위의 ⓐ 식을 ⓑ 식에 대입하면, 

                                      가 된다  ------- ⓒ

   d) 그런데 r (지구에서 L2 까지 거리) 은 R (지구에서 태양까지 거리) 보다 매우 작으므로

      (R + r) 은 (대략 R) 이 된다고 할 수 있다.  따라서 ⓒ 식을 정리하면 

                                                    가 된다 --------- ⓓ

     이 식은 루트 (Root) 사용하면 아래와 같이 표시할 수도 있다.

                                                       ---------- ⓔ

    위의 식에서 r 이 지구 (B) 에서 L2 까지의 거리이다. 

(4) 지구에서 L2 까지는 몇 km 나 될까 ?

그러면 재미삼아 위에서 산출한 ⓓ 또는 ⓔ 식으로 지구에서 L2 까지의 거리는 몇 km 되는지

한 번 계산해 보기로 한다. 계산에 필요한 수치를 찾아보면 아래와 같다. 

                     -----  ⓓ  또는     ----- ⓔ

    r  : 지구에서 L2 까지 거리 (km)   

    R :  지구에서 태양까지 거리 (km) = 지구의 태양 공전궤도 장반경 (Semi-Major Axis).

         1.496 x 10의  8승수 km = 약 1.5 x 10의  8승수 km  

    ME : 지구 질량 (kg)

         5.9736 x 10의 24승수 kg = 약 6.0 x 10의 24승수 kg

    MS : 태양 질량 (kg)  

         1.9891 x 10의 30승수 kg = 약 2.0 x 10의 30승수 kg

위 수치를 ⓓ  또는 ⓔ 에 대입하면, 

                (6.0 x 10의 24승수)

        r =   ---------------------------  x  (1/3 승수)  x  (1.5 x 10의  8승수)

              { 3 x (2.0 x 10의 30승수) }

         =  1.5 x 10의 6승수

         =  150 만 km 

위에서 보시듯이 계산 결과는 <1.5 x 10의 6승수> 가 되며 이는 150만 km 이다. 달의 지구 공전궤도 장반경이 384,399 km 라 하므로 약 40만 km 로 본다면, 지구와 달 사이 거리의 약 3.8배 더 먼 곳에 위치한 곳이 된다.  생각보다 그리 멀지는 않아 보인다.

(5) 태양-지구궤도 경우 각 지점 특징

위 그림에서 A 를 태양, B 를 지구라고 하고 C 를 지구 주변의 소행성이나 인공위성으로

간주한다면 다섯 개 지점 각각의 특징은 아래와 같다.

 <L1>

 C의 궤도 주기가 B (지구) 의 공전주기와 같아짐. .

   태양 관측하기 이상적인 장소. 

   소호 태양 관측위성 (SOHO - Solar and Heliospheric Observatory. 1995 발사)   

   에이스 위성 (ACE – Advanced Composition Explorer. 1997 발사)

   기타 WIND,  ISSE-3,  WMAP  등

   <L2>

   C의 궤도 주기가 B (지구) 의 공전주기와 같아짐. .

   우주 망원경 좋은 위치.

   허셜 망원경 (Herschel Space Observatory. 2009 발사)

   플랑크 망원경 (Planck Space Observatory. 2009 발사)

  <L3>

   C의 궤도 주기가 B (지구) 의 공전주기와 같아짐. .

   지구 공전궤도 위가 아니고, 이 보다 조금 떨어진 위치.

  <L4 및 L5>

   C의 궤도 주기가 B (지구) 의 공전주기와 같아짐. .

   태양-지구 연결하는 직선과 각각 60° 위치

   위 칼럼 Trojan 소행성 참조

(6) 타원궤도 경우 – 해왕성의 L4, L5 (Trojan Points) 

그러나 여기서 의문사항이 한가지 생긴다. 우주 모든 천체의 공전궤도는 완전한 원형이 아니고 타원 궤도인데, 이 경우에는 Lagrangian Points 가 어떤 위치가 될까 ? 물론 타원궤도인 경우에도 위의 계산 방식을 보정해서 산출할 수 있으며, 결과는 <점 (Point)> 이 아니고 <어떤 범위내의 지역 (Area)> 이 된다고 한다.  위의 <Trojan 소행성> 칼럼에서 보여드린 그림들처럼 일정 범위에 분포하는 소행성 집단 같은 경우가 될 것이다.

태양계 행성 중에서 공전궤도 장반경 (Semi-Major Axis) 이 크고 질량도 만만치 않은 해왕성 (Neptune) 의 예를 들어 보겠다.  참고로 천왕성, 해왕성, 명왕성의 장반경과 질량을 비교해 본다.

명왕성 궤도 장반경은 해왕성보다 크지만 질량이 극히 작고, Trojan 소행성도 아직 발견된 것이 없으므로 여기서는 해왕성으로 설명 드리겠다.

                      천왕성            해왕성          명왕성           단위 

       ----------------------------------------------------------------------------

       장반경       19.2 (약 20)    30.1 (약 30)    39.2 (약 40)      AU

       질 량        14.5 (약 15)     17.1 (약 17)       0.002         x 지구 

       -----------------------------------------------------------------------------

 <해왕성의 L4 와 L5 지역>

위 그림은 본 칼럼의 첫번째 그림 위에 해왕성 공전궤도를 추가한 그림이다.  지구도 타원궤도이지만 지구궤도 경우를 설명 드리는 것은 아니므로 그대로 원형으로 표시했다.  또한 번잡하지 않도록 해왕성의 L4 와 L5 만 표시했다.  공전궤도가 타원인 경우에는 Lagrangian Points <점 (Point)> 이 아니고 <지역 (Area)> 이 됨을 표시했다.  그림에서 분홍색 부분이 L4 와 L5 지역을 나타내며 위 칼럼에서 말씀 드린대로 이 지점이 Trojan Points 이다.

해왕성 경우엔 L4 및 L5 지역이 태양으로부터 각각 약 30 ° 범위이다.  그림에서 분홍색 부분으로 L4, L5 각각 30 ° 범위임을 표시했다. 30 ° 범위는 해왕성 공전궤도에서 무려 32억 km 를 차지하게 된다.  지구 공전궤도 장반경은 약 1.5억 km 이다 (149,598,261 km).  따라서 32억 km 범위라면 지구 공전궤도 장반경을 21 번 연결한 길이가 될 것이다.  L4와 L5 를 합하면 모두 64억 km 길이가 될 것이다.  이곳에 거주하는 Trojan 소행성들도 각각 32억 km 범위 안에서 위치를 바꿀  가능성도 있다.

그러면 이런 상상하기 어려운 넓은 범위내에 Trojan 소행성은 과연 몇 개나 살고 있을까 ?  지금까지 발견된 것은 L4 지역에 6개,  L5 지역에 3개 뿐이지만 아마도 발견되지 않은 것들은 수도 없이 많을 것이다.  발견된 것들은 대부분 직경이 80~180 km 정도 되는 것들인데, 위의 칼럼에서 목성의 Trojans 중 직경 1 km 이상은 100~120 만개로 추정된다고 말씀 드렸다.  만일 해왕성의 Trojans 를 직경 1 km 단위로 계산한다면 그 숫자자 얼마나 될지 짐작할 수 없다. 

아래는 해왕성의 Trojans 이름들이다.  위치와 그 크기를 살펴 보십시오.  명칭 맨 앞의 숫자는 발견된 연도이다.  모두 21세기 들어와 발견된 것들임을 알 수 있다.

              L 4 지역 (6 개)                  L 5 지역 (3 개)

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        2001 QR 322    140 km            2008 LC 18    100 km

        2004 UP 10     100 km            2004 KV 18     56 km

        2005 TN 53      80  km           2011 HM 102   90~180 km  

        2005 TO 74      100 km 

        2006 RJ 103     180 km

        2007 VL 305     160 km 

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개인적으로 Lagrangian Points 가 도출되는 과정도 알고 싶었으나 저의 한계를 한참 넘어서는 수학이라 제 머리로는 접근이 되지 않아 아쉽다.  이 부분을 생략하고 결과와 현상만 설명 드리려니 답답한 부분이 많으셨을 것으로 짐작된다.  한편, 그 동안 몇 달에 걸쳐 이 소제목 칼럼 공간을 빌려 다른 소재로 간식 좀 했었으나, 앞으로는  <Not Essential But Beneficial> 이란 본래 의미에 맞는 소재로 찾아 뵐 생각이다.  계속 많은 관심 부탁 드립니다.

III. Surprise & Mystery

   분출 Jet 길이로는 내가 최고 – Hercules A 은하

(1) 우주나이는 137.98 억년 ± 3,700 만년

가장 최근에 밝혀진 우주의 나이는 얼마나 될까 ? 불과 두달 전인 2013년 3월 22일에 발표된 우주나이가 가장 최신 측정치인데, 이에 따르면 <137.98 억년 ± 3,700 만년> 이다.  이는  우주에 나가있는 Planck 위성이 우주배경복사를 측정해서 얻은 결과이다. 작년까지는 137.5 억년 이었는데, 금년들어 138 억년이 되었으니 우주나이가 1년 사이에 5,000 만년 더 늘어나게 되었다. 혹시 앞으로 매년 이만큼씩 늘어날지도… 

“열린 우주, 닫힌 우주” 같은 우주론 이론과는 관계없이, 저는 빅뱅이 오직 한번만 있었다고는 생각지 않는다. 또한 “다중우주” 개념도 믿고 있는데 지금 우리가 사는 우주에서도 빅뱅이 이미 여러 번 있었을테고, 우리가 알지 못하는 이웃인 또 다른 우주에서도 그러리라 믿는다.  지금 현재의 우리 우주는 언젠가 팽창을 멈추고 다시 축소되어 한 점으로 돌아갔다가 언젠가 또다시 빅뱅이 일어날 것이라는 것이 개연성 있다고 생각한다.  우리의 우주만 유일하게 존재하고, 빅뱅도 한 번만 있었다는 것은 지구인만이 우주에서 유일한 고등생물이라는 생각과 크게 다를 바 없을지 모른다. 

우주가 지금으로부터 21 억년전에 출발한 빛과 전파를 촬영해서 불과 6개월전인 2012년 12월 5일에 발표된 사진을 언급드리려다 주제에서 좀 벗어났다.  21 억년 전이라면 우주 나이가 <117 억살> 되었을 때이며, 우주가 85 % 정도 형성 되었을 것이다.  아래 사진은 <21억살> 먹은 <광자> 와 <전파> 가 허블망원경 CCD 와 VLA 전파 안테나에 충돌해서 만들어진 영상이다.  아이맥스 정도는 안되지만 이 사진의 장엄미를 좀 더 표현하려고 가로사진을 세로방향으로 회전시켜 올려 드린다.  지금까지 저의 칼럼 중에서 가장 큰 사이즈로 올려 드리는 사진이 될 것이다. 

이 사진에 박힌 광자와 전파가 출발한 21억년 전에는 지구에선 무슨 일이 있었는지 궁금해서 찾아 보았더니 “아무 일도 없었다”.  21억년전 지구는 <선캄브리아대 (Precambrian Period)> 로서 대륙도 지금과는 많이 달랐고 생명체도 없으며, 아주 단순한 몇 종의 박테리아만 있었다고 한다.  지구상에 초기 다세포 생물이란 것이 출현한 때는 5억 8천만년 전이라나.

(2) 거대함에서 느껴지는 장엄함  

<Hercules A 은하. 허블망원경 가시광선 사진과 VLA 전파 망원경 사진을 조합한 것.

 그림 NASA> 

위 사진은 <허블망원경> 에 장착된 Widfe Field Camera 3 으로 “가시광선” 을 통해 찍은 사진과, 미국 New Mexico 주에 있는 전파망원경 <VLA> 가 “전파” 로 잡은 사진을 같이 조합해서 만든 것이다.  VLA 는 <Karl G. Jansky Very Large Array of Radio Telescope - VLA> 의 약자.  이 사진은 2012년 12월 5일에 APOD 에 발표 되었는데 APOD 는 Astronomy Pictures Of the Day 로서 NASA 와 Michigan Technolgical University 가 공동운영하는 웹사이트이다.  참고로 VLA 모습 올려드린다.  이미 많이 보셨던 사진일 것이다.  여기엔 27개의 접시 안테나가 설치되어 있다고.

<미국 New Mexico 주에 있는 전파망원경 VLA>

왜소은하 (Dwarf Galaxy) 를 제외하고는 거의 대부분 은하 중심에는 블랙홀이 자리잡고 있다.  우리은하도 마찬가지이다. 그러나 은하를 보았을 때 이 블랙홀이 항상 관측되는 것은 아니고 블랙홀 주변에 어떤 큰 별이나 은하 등 다른 천체와 상호 작용 하던가, 그 구성물질들이 블랙홀로 빨려 들어가거나 블랙홀 중심에서 Jet 가 분출되어야지만 비로소 그 존재가 파악된다.  블랙홀만 외로이 혼자 있으면서 “나 잡아봐라” 해 보아야 지구에서 그 존재를 알 수는 없다.

<Hercules A 은하>는 Hercules (헤라클레스 자리) 에서 보이는 은하이며 <3C 348> 이란 명칭으로도 불린다.  사실 Hercules A 도 가시광선으로만 보면 그저 평범한 타원은하에 불과하다.

이 은하는 Hercules 자리에서 가장 밝은 은하이므로 예전부터 그 존재가 잘 알려져 있었다. 더욱이 강력한 전파가 감지되어 이 은하 어딘가에 강력한 전파원이 있을 것으로 추정되어 왔다.

Hercules A 은하의 질량은 우리은하 질량보다 1,000배나 더 크다고 계산된다.  우리가 살고 있는 우리은하를 조그만 단독주택이라 한다면 이 타원은하는 경복궁 정도 될 것 같다. 아래 사진은 이 은하를 가시광선을 써서 허블망원경으로 찍은 사진이다.

<가시광선을 이용해 허블망원경으로 찍은 Hercules A 은하. 그림 heritage.stsci.edu>

Hercules A 의 질량 및 크기도 놀랍지만, 더욱 신비스러운 것은 전파 망원경으로 관측했을 때의 장엄함이다.  아래 VLA 사진을 보시면 가시광선 사진과는 전혀 다른 모습에 놀라게 된다. 평범한 외모 뒤에 숨어 있는 거대한 정신세계를 표현한 것처럼 보인다.  그러나 그 중심부에 위치한 블랙홀 크기를 보면 또 한번 놀라게 되는데,  그 질량이 자그마치 우리 태양질량의 25억배나 된다고.  1 억이란 단위도 큰 것 같은데,  25억배라면 감이 잘 오지 않는 숫자이다.  우리 은하 중심 블랙홀 잘량과 비교하면 1,000 배 정도된다.  

Hercules A 은하의 중심에 있는 블랙홀 질량을 계산할 수 있는 이유는 위에 말씀드린대로 그 블랙홀 중심에서 분출되는 Jet 때문이다.  아래 VLA 사진에서 보시면 조그만 점으로 표시된 “전파원”을 중심으로 두개의 Plasma Jet  가 서로 반대방향으로 뿜어져 나오고 있다.  Jet 의 한쪽 방향 거리는 75억 광년이므로 두개 Jet 길이는 무려 150 만 광년이다.  우리 은하 지름이 약 12만 광년이라 하므로 우리은하를 12개 일렬로 세워 놓은 길이이다.  아래 사진은 전파를 사용해서 VLA 로 찍은 사진이다.

<전파를 이용해 VLA 로 찍은 Hercules A 은하. 그림 heritage.stsci.edu>

위 두 사진이 같은 사이즈로 같은 위치를 찍은 사진이라고는 믿기지 않을 정도로 서로 다르다.

그러나 맨 처음 올려드린 사진은 위의 두 사진을 조합한 것으로, 두 사진이 조합되면 첫번째 사진이 될 것으로 짐작은 된다. 

Hercules A 은하 블랙홀의 Jet 에서 나오는 전파의 강도는 우리 태양이 내뿜는 전파보다 10억배나 강력하며 여러 아원자입자 (Subatomic Particles),  X 선 및 자기장이 광속에 가까운 속도로 분출된다.  그러면 이 물질들은 도대체 어디에서 블랙홀로 빨려 들어간 물질들일까 ? 허블망원경의 가시광선 사진을 자세히 보시면 타원형으로 생긴 또 다른 동반은하가 Hercules A 은하 옆에 있는 것이 보인다. 실제로는 몇 개의 다른 타원은하와 나선은하도 있다고 하는데, Hercules A 은하와 이 동반은하들이  충돌하고 있으며 이들이 충돌하면서 각종 전파들이 발생된다.  한편 Hercules A 은하 중심부 불랙홀로 충돌하는 은하들 물질들이 빨려 들어가면서 Plasma Jet 가 분출된다는 설명이다.

Jet 가 분출되는 은하중에서 Virgo (처녀자리) 와 Coma Berenices (머리털 자리) 경계선에 있는 M87 은 잘 아실 것이다.  이 은하가 Jet 로 유명하긴 해도 그 Jet 의 길이는 5,000 광년에 불과하다.  Hercules A 은하의 Jet 길이는 150 만 광년이므로 300 배 더 길다. 유명한 M87 이 갑자기 왜소해 보이지만 그렇더라도 우리에게 친숙한 M87 얼굴은 보고 지나가야겠다.

<M87 에서 분출되는 Gas Jet. 길이는 5,000 광년>

(3) 뛰는 놈, 나는 놈, 전용 제트기 탄 놈

그러면 전 우주에서 Hercules A 은하에서 나오는 전파의 강도가 가장 강력할까 ? 그러나 우주는 넓고, 센 놈들은 많으며, 멀리 있으면 지구까지 오는데 힘도 빠질 것이다.  아래에 소개드리는 그림은 전 우주에서 강력한 전파를 내뿜는 대표적인 은하들을 “전파의 강도” 에 따라 원형 크기를 달리해서 표시한 것이다.  “지구에 도달하는 전파의 강도” 로만 본다면 결코 Hercules A 가 순위에 들지는 못함을 알 수 있다.  아마도 Hercules A 의 전파가 21억년이나 우주를 통과하면서 힘이 빠져서 그럴 것이다.

한편,  그림에서 <3C 273>은 1963년에 사상 최초로 발견된 Quasar 라는 명예를 갖고있다. Quasar 란 발견 당시 잘 모르던 천체에 붙였던 명침이므로 그 정의가 명확하지는 않다.  강력한 에너지와 전파를 발산하면서 먼 거리에 있는 천체를 말하는데, 그 중심에는 대부분 블랙홀이 있다.  Hercules A 은하를 비롯해서 아래에 보여드리는 천체들 모두 강력한 전파를 발산하면서 우리 은하 밖의 먼 거리에 있으므로 모두 Quasar 라고 할 수 있다.    

지구에 도달하는 전파의 강도는 전 우주에서 <Cygnus A 은하 (3C 405) > 가 가장 강력하다.  참고로 Cygnus A 와 Cygnus X-1 은 서로 다른 천체이다.  Cygnus X-1 에 대해선 Serial No 10 을 보십시오.  우주지도 위에 표시된 각 은하들 사진 올려 드리면서 마무리 드린다.  

<강력한 전파를 내뿜는 대표적 은하들. 지구에서 측정된 강도 기준.

  그림 hera.ph1.uni-koeln.de> 

<Cygnus A (3C 405) 백조 자리>

<Fornax A (NGC 1316) 화로 자리 >

<3C 273 – Virgo (처녀 자리)>

<Pictor A – 화가자리>

<Centaurus A – NGC 5128 – 센타우루스 자리>

<Hydra A - 바다뱀 자리>

<BL Lacerta - 도마뱀 자리>

IV. Coffee Break  

잃어버린 별자리를 찾아서 (6 회)

  Quadrans Muralis – 벽걸이 사분의 자리

(1) 6개월 동안 얼마나 왔나 ?

지금의 별자리가 만들어진 기원을 시작으로 해서 잃어버린 별자리 연재를 시작한 것이 금년 1월이었으니 벌써 6개월째 같은 소재로 칼럼을 쓰고 있다. 비록 매회 별자리 내용들은 바뀔지라도

많은 분들께서 지루함을 느끼시리라 생각된다.  이럴 때 지난 6개월 동안 얼마나 달려 왔는지 잠시 뒤돌아 보고 앞으로 얼마나 더 가야 하는지 알아보면 좀 힘이 날 것 같다.

역사상 존재했으나 지금은 사용되지 않는 별자리 개수는 이름으로만 구분해서 중복되는 것들 모두 포함하면 대략 50~54 개 정도 되며, 중요한 것들만 선정해도 39~40개 정도 된다.  한편 지난호까지 알아본 별자리들은 모두 11개이며 이번호에서 살펴볼 1개 포함해도 고작 12개 밖에 되지 않으므로 중요한 별자리 39~40개의 1/3 정도만 알아본 셈이다. 한참 온 것 같은데 앞으로 갈 길이 먼 것 같아 힘이 더 빠지실지도 모르겠다.

지금 돌아가는 세상이치를 제대로 파악하려면 지난 역사를 알아야 하는 것처럼, 비록 지금 사용되지 않는 별자리지만 오늘의 밤하늘을 제대로 보기 위한 기초라고 생각해주시면 저로서는 무한히 기쁠 일이다. 기왕에 이 소재를 시작한 김에 중요한 별자리들 대부분 섭렵할 때까지 앞으로 몇 회 더 연재하려 하므로 지속적 관심 부탁 드린다.  이번에는 좀 더 가벼운 기분으로 일견하시도록 <Coffee Break> 로 내용을 이전하고 별자리도 하나만 싣는다.

(2) Mural Quadrant 단어의 뜻

위의 <Quadrans Muralis> 는 라틴어이며 영어로 쓰면 <The Mural Quadrant> 가 된다.  라틴어는 그렇더라도 영어 단어도 자주 쓰는 단어가 아니라 좀 생소하므로 간단히 뜻을 설명 드리고 시작하겠다.

“Mural” 은 명사로 쓰면 벽 (Wall)에 그린 그림인 “벽화” 를 의미한다. 특히 유럽의 성에서 많이 볼 수 있는 프레스코 (Fresco) 벽화의 의미로 사용되며 좀 더 상세히 표현해서 “Fresco Mural” 이라고도 쓴다.  형용사로 사용될 땐 단순히 “벽면의, 벽걸이 모양의” 란 의미이며 “Mural Painting” 이라 쓰면 “벽화” 가 된다.

“Quadrant” 는 수학에서 사용되는 x 축, y 축으로 구분된 “4분면” 이 원래 뜻이며, 평면을 90° 각도로 4개로 나눈 것, 또는 원을 같은 방식으로 4개로 나눈 것도 Quadrant 라 부른다.  나중에는 90° 각도로 나누어진 도구도 Quadrant 라 부르게 되었는데, 여기서는 이런 모양의 천문학이나 항해술에서 사용되는 도구를 말한다. 

따라서 <Mural Quadrant> 라 하면  <벽걸이 모양으로 된, 90° 각도로 나누어진 천문도구> 라는 의미가 된다.  일상에선 잘 쓰지 않는 한자어로 쓴다면 <사분의 (四分儀)> 가 될 것이다.

한자 <의 (儀)>는 일상 용어로는 “의식 (儀式)을 치루다” 등에 사용되며 법규, 예식 등을 뜻하지만,  “과학기술” 용어로는 “기구, 도구” 를 말한다.  우리나라 천문기구 중에  “간의 (簡儀)”  “혼천의 (渾天儀)” 등은 잘 아실 것이다.

(3) 사분의, 육분의, 팔분의는 어떻게 생긴 물건인고   

한편 현존하는 별자리 이름에 <육분의 자리> 와 <팔분의 자리> 가 있다. 여기서의 “육분의”,  “팔분의” 라는 말은 “사분의” 에 적용되는 의미인 “어떤 각도로 된 도구” 라는 뜻이며, 별의 고도를 재는 데 사용되었다. 각 도구의 용어를 정리해 보면 아래와 같다. 저는 이 칼럼 쓰면서 이번에야 이 물건들 사진을 자세히 보게 되었다.  “견물생심” 이라고 하나 갖고 싶어진다.  세가지 도구들 사진 같이 보시지요.  . 

     도 구    별자리 이름     라틴어        영 어      도구모양 각도 

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    사분의    사분의 자리    Quadrans     Quadrant    90° ( 4 / 360 ° ) 

    육분의    육분의 자리    Sextans       Sextant      60° ( 6 / 360 ° )

    팔분의    팔분의 자리    Octans        Octant       45° ( 8 / 360 ° )

    -----------------------------------------------------------------------------------

<휴대용 사분의 보고 있는 Ptolemy (AD 90~168).  1564년 그림>

<중세시대 휴대용 사분의. 그림 aip.org>              <사분의 사용법>

<18세기 영국 John Bird 가 개발한 벽걸이 사분의 – Mural Quadrant.

 옆의 계단으로 크기가 짐작된다>   

<육분의로 관측하는 Johann Hevelius (1611~1687). 그 옆은 그의 부인>

<근대의 휴대용 육분의 stanleylondon.com>             <휴대용 육분의 사용법. dictionary.reference.com>

<휴대용 팔분의. stanleylondon.com>

(4) 밤하늘에 같은 용도 천문기구가 세 개씩이나 있던 시절

우리말로 <벽걸이 사분의 자리> 인 <Quadrans Muralis> 는 프랑스 천문학자인 Jérôme Lalande (제홈므 랄랑드. 1732~1807) 가 창안했다고 알려진 별자리이다.  이 분은 Serial No 14 의 Felis (고양이자리)에서 처음 소개 드린 기억이 있다. 이 분 전체 이름은 Joseph Jérôme Lefrançois de Lalande 이다.  Quadrans Muralis 모양은 위의 그림에서 John Bird 가 개발한 벽걸이 사분의로

생각하시면 된다.

한편, 위에서 이미 언급 드린대로 <육분의 자리> 와 <팔분의 자리> 도 Lalande 가 <벽걸이 사분의 자리> 를 새로 만들어 낼 때도 이미 존재하고 있었다. 육분의 자리인 Sextans  1690 년 Johannes Hevelius 가 Uranographia 에 새로 등재한 7개 별자리중 하나이고, 팔분의 자리인 Octans 는 1756 년 Nicolas Louis de Lacaille 가 14개의 새로운 남반구 별자리를 소개할 때 포함된 것이다.

그런데 그 후 39년이나 지난 1795년, 프랑스의 Jean Fortin 이 저술한 <Atlas Céleste> 의 수정판이 나올 때 Lalande 와 Pierre Méchain (1774~1804) 두 명이 편집인으로 일했다.  Méchain 은 Messier 와 같이 일한 것으로 유명하다. 이 책 수정판에 실려있는 <Le Mural> 별자리는  Lalande 가 새로 제안한 것이라고 알려져 있다.  Le Mural 은 말 그대로 “벽걸이” 라는 뜻이다.  아래 그림은 이 책에 실린 Le Mural 이다.

<1795 Jean Fortin의 Atlas Céleste 에 실린 Le Mural. 그림 ianridpath.com>

1801년 Johann Bode 가 Uranographia  를 출간할 때 이 별자리는 Quadrans Muralis 라는 라틴어로 바뀌었고, 별자리를 구성하는 별들도 조금 축소해서 주변의 다른 별자리와 중첩되지 않도록 조정되었다. 하여간 Quadrans Muralis 는 Lalande 자신이 벽걸이 사분의를 사용해 관측한 것을 기념해서 별자리를 만들었고 Bode 가 1801년 Uranographia 를 출간할 때 Lalande 의 제안을 받아들여 그의 책에 등재했다는 기록이 있다. 

<Bode 의 Uranographia  에 실린 Quadrans Muralis.  그림 digitalgallery.nypl.org>

Uranographia 이후에도 이 별자리는 유럽의 각종 성도에서 계속 살아 남았으나 1928년 결국 삭제되었다. 남반구에 이미 1756년에 만들어진 Octans (팔분의 자리) 가 있고, 북반구에도 1690 년 등재된 Sextans (육분의 자리) 가 있으므로 같은 용도의 천문기구를 밤하늘에 세 개씩이나 둘 수는 없었을 것이다.  어차피 따라하기 별자리였므로 자리를 양보하는 건 당연했을지도 모르겠다.

아래에 1822년 Jamieson 의 성도 한 장 더 올려 드린다.  Boötes (목동자리) 머리 위에

Quadrans Muralis 가 보인다.

<Alexander Jamieson 의 성도 (1822). 그림 etsy.com>

V. Journey to Deep Sky

  별 이름 사전 (4 회)

  그리이스어, 라틴어가 어원인 별

별자리 이름들 대부분이 그리이스어나 라틴어가 어원이다. 여기서는 “별자리” 이름이 아니고

“별” 이름만 알아보는 칼럼이므로 별자리 이름은 제외했다. 

한편 라틴어 별 이름인 경우에 그 라틴어의 어원을 찾아 올라가면 대부분 그리이스어가 되므로 어원을 그리이스어와 라틴어로 구분하는 것은 큰 의미는 없다.  여기서는 많은 자료에서 라틴어라고 인정되는 경우에만 라틴어 어원으로 분류했으나 자료에 따라 그리이스어 어원으로도 설명되므로 혼선 없으시기 바란다.  참고로 별 이름은 아니지만 참고로 몇 가지 유명한 산개성단 이름도 같이 넣었다.

(1) 그리이스어가 어원인 별 9 개 

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    별 이름      1. 위치

                 2. 영문 의미 / 우리말 의미

                 3. 참조사항    

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1) Alcyone     1. Taurus 에타별 (Pleiades 성단의 가장 밝은 별).  

              2. 사람이름 / 그리이스 신화에서 7명 Pleiades 자매 중 4번째 딸.

              3. 4중성계.  Serial No 11 및 14 참조.

2) Antares     1. Scorpius 알파별

              2. Anti-Mars / 화성의 호적수 (好敵手)

                Antares 가 붉은 색 별이므로 화성의 붉은색 이미지에 상대되는 별

              3. 아랍어가 어원이란 가설도 있음.

                아랍에는 Mu’allaqat 라는 서서시가 있으며, 여기에 나오는 전쟁영웅

                이름이 Antar 이고, Anatres 는 이 영웅 이름을 딴 것이라 함.

                Serial No 11 및 14 참조.

3) Canopus   1. Carina 알파별

             2. Helmsman 또는 Ship’s Pilot / 조타수, 키잡이

             3. Argo Navis (아르고 호 자리) 에서 제일 밝은 별을 Argo Navis 호를 항해하는

               조타수라고 부름.

               Argo Navis 에 대해선 Serial No 13 참조

4) Castor     1. Gemini 알파별

             2. 사람 이름

             3. 그리이스 신화에서 Aetoliana 의 왕인 Thestius 의 딸인 Leda는 Zeus 와의

                사이에서 남자 쌍둥이를 낳았는데, 그 이름이 Castor 와 Pollux 였음.  

5) Pollux     1. Gemini 베타별

             2. 사람 이름

             3. 위의 Castor 참조

6) Hyades    1. Taurus 에 있는 산개성단

             2. 자매들 이름 / Hyades 5명 자매

             3. 그리이스 신화에서 Atlas 는 Pleione 와 사이에서 Pleiades 7 자매를 낳았고,

               또 다른 부인 Aetha 사이에서 아들 Hyas 와 딸 5명을 낳았는데, 특히 딸 5명을

               Hyades 5 자매 요정 (Nymphs) 이라 부름. 

               따라서 Pleiades 7 자매와는 이복형제들임.

               이들의 오빠 Hyas 가 죽자 눈물을 흘리며 너무 슬퍼해서 “비를 부르는 요정들”

               이라고 불림.

7) Pleiades    1. Taurus 에 있는 산개성단

             2. 자매들 이름 / Pleiades 7 명 자매

             3. Serial No 11 및 14 참조

8) Procyon    1. Canis Minor 알파별

             2. Before the Dog / Canis Major 의 Sirus 에 앞서는 별

             3. 대부분 북반구 지역에서 Procyon 이 먼저 뜨고 Sirus 가 뒤따라 뜨기 때문에

               이런 이름이 붙었음. 

9) Sirius     1. Canis Major 알파별

            2. Glowing, Scorching / 밝게 빛나는 것. 붉게 타는 것.

(2) 라틴어가 어원인 별 7 개 

1) Bellatrix    1. Orion 에타별    

             2. Warrioress, Female Warrior / 여자 전사

2) Capella    1. Auriga 알파별

             2. Female Goat / 암놈 염소

             3. 마차부가 끌고 다니던 염소라는 뜻

3) Cor Caroli    1. Canes Venatici 알파별

               2. The Heart of Charles / 찰스왕의 심장

               3. 여기서 찰스왕은 영국 왕인데, Charles I 인지 Charles II 인지에 대해서는

                  논란이 있음. 

                  Charles I   : 1600 ~ 1649

                  Charles II   : 1630 ~ 1685

4) Polaris      1. Ursa Major 알파별

              2. Pole Star / 극에 있는 별

              3. 로마가 북반구에 있었으므로 “극성” 이 북극성의 뜻이 됨

5) Porrima    1. Virgo 감마별

             2. 신의 이름

             3. 로마신화에서 Camenae 라는 신은 출산, 예언 등을 담당하는 신이었음.

                이 신은 여러 명이 있었는데, 그 중의 한 명 이름임.

6) Praesepe   1. Cancer 산개성단

             2. Manger / 구유, 여물통

7) Spica      1. Virgo 알파별

             2. Ear of Wheat / 밀 (곡식) 의 이삭

             3. Virgo (처녀) 가 들고 있는 밀의 이삭을 말함

지금까지 4개월에 걸쳐 별 이름들의 어원을 알아 보았다.  알아본 별들의 숫자를 세어보면

아래와 같다.

    아랍어 어원   :   AL 이 들어가는 것 45개,

                      기타 아랍어 49개 

  페르시아 어원   :  3개

  그리이스어 어원 :  9개

  라틴어 어원     :  7개    합계 113 개

지난호에서 말씀 드린 것처럼 어떤 책에는 254개 별 이름들이 소개되어 있으나 일부 누락된 것들을 감안하면 260~270 개 정도라고 생각된다.  4 회에 걸친 본 칼럼에서 113 개를 살펴보았으므로 모든 별 이름들 중 약 반 정도가 된다.  사전적 설명이 되어 지루한 감이 있으므로 연재는 일단 여기에서 마치고 다음에 적당한 기회 보아서 나머지 약 150 개도 알아보겠다. 

그 동안 별 이름 칼럼에 대한 많은 관심 대단히 감사합니다. 

VI. Moon River Wider Than a Mile 

 달의 Trojans – Kordylewski 구름

(1) Kordylewski 구름의 정체  

어찌하다보니 이번호는 Trojan 소행성과 Lagrangian Points 로 시작해서 결국 이 소재로 마무리하게 되었다.  동일한 소재가 반복되어 지루하셨겠으나 Lagrangian Points 알아보는 김에 이와 관련된 것들을 모두 섭렵한다고 생각하시고 양해 부탁 드립니다. 

Kordylewski 구름은 영어로 <Kordylewski Cloud> 이라 쓰며 우리말로는 “코딜레프스키 구름” 이  될 것이다. 여기서는 “Kordylewski 구름” 으로 표기하겠다.  여기서 “구름” 은 지구 하늘에서 보이는 구름이 아니라 행성간 먼지이며 지난호 Serial No 17 의 Gegenschein 칼럼에서 언급 드렸던 Interplanetary Dust Particles 를 말한다.  Zodiacal Light (황도광) 이나 Gegenschein (게겐샤인, Counterglow) 처럼 “Light 또는 Glow” 라고 표현하지 않고 “Cloud” 라고 쓰는 이유는 너무 희미해서 거의 보이지 않기 때문이다.  Kordylewski 구름의 위치를 그림으로 그려 보았다.

<Kordylewski 구름의 위치.  L4 및 L5>

위 그림에서 보시듯이 Kordylewski 구름은 달의 지구 공전궤도 위의 특정한 두 지점에 집중 분포하는 먼지 구름을 말한다. 특정한 두 지점이란 Trojan Points 로서 지구에서 달 방향으로 좌우 각각 60 ° 위치 방향이다.  달이 지구를 공전함에 따라 이 두 먼지 구름도 각각 60 ° 각도를 두고 달과 같이 지구를 공전한다.  앞에서 이미 설명 드렸으나, 지구에서 볼 때 달의 공전궤도 상 왼쪽 60 ° 위치를 L4,  오른쪽 60 ° 위치를 L5라고 부른다.

Gegenschein 은 Kordylewski 구름과 관련은 없으나 맨 아래에 올려 드리는 J. Wesley Simpson 의 관측결과와 같이 참고하시라고 그려 넣은 것이다.  지난호 Serial No 17 에 게재한 그림을 90° 오른쪽으로 회전하고 지구-달 부분을 확대한 것이라 생각하시면 될 듯하다.  다만 Gegenschein 은 주로 화성과 목성 사이 공간의 먼지 띠에서 “산란되는 빛” 인데 반해서, Kordylewski 구름은 빛이 아니고 “실제의 먼지 집단” 임에 유념하시기 바란다.  물론 Kordylewski 구름도 태양 빛에 의해 우리 눈에 보인다는 사실은 마찬가지이다.

(2) 진짜로 있는 건지 없는 건지

이 먼지구름의 존재는 1956년 Poland 천문학자 Kazimierz Kordylewski  (1903~1981) 의 보고로 알려졌다.  1960년대 들어 이 먼지구름을 찾기 위한 시도들이 있었으나 확실한 증거가 제시되지는 못했다. 다만 아래에 설명 드리는 J. Wesley Simpson 이란 천문학자의 1966년 관측결과가 그나마 가장 신뢰할 만하다.  한편 1990년 일본의 달 탐사 인공위성인 Hiten Spacecraft 가 L4, L5 두 지점을 지나갔는데 이곳에서 특기할 만한 먼지구름을 발견하지는 못했다.  이 구름의 존재를 처음 발견했다는 Kazimierz Kordylewski 사진을 아래에 올려 드린다.  젊은 시절엔 힘깨나 썼을 것 같다.

<Kazimierz Kordylewski  (1964년) 사진 wfs.be.schule.de>

사실 아직까지도 이 먼지구름의 실존여부는 논란거리이다. 먼지구름이 Kordylewski 가 관측했을 당시에만 일시적으로 그곳에 모여있을 수도 있기 때문이다.  이유는 달의 질량이 그리 크지 않으므로 L4, L5 위치에 먼지구름을 잡아두는 힘이 미약할뿐더러 수성 및 금성 등 내행성들의 섭동 (Perturbations) 때문에 그 위치가 그리 안정적이지 못하기 때문이다. 

“섭동”이란 어려운 한자어가 나와서 잠시 설명 드리고 지나가겠다. 섭동은 한자로 “攝動” 이라 쓴다.  “動 ”글자는 설명이 필요치 않으나 “攝” 자는 일상생활에서 잘 사용되지 않으므로 저도 낮설다.  혹시 “섭생 (攝生)” 이란 단어는 들어보셨는지 모르겠다.  예를 들면 ‘그 어르신께선 요즘 당뇨 때문에 식이요법으로 섭생 중이시다’ 등의 용어로 사용된다.  섭생이란 ‘병에 걸리지 않도록 건강관리에 신경 쓴다’ 라는 뜻이다.  여기서 攝 자는 “(건강을) 다스리다” 라는 의미이다.  “다스리다”라는 의미에서 “거느리다”, “잡다”, “끌어 당기다” 등의 뜻도 파생되었다. 

섭동에서의 攝 자의 구체적인 뜻은 “끌어 당기다” 가 적당하다.  動 자는 “움직임” 의 뜻이니, “섭동 (攝動) 이라고 쓰면 “움직이는 것을 끌어 당기다” 의 의미가 될 것이다.  그러면 어떤 움직임을 끌어 당기는 것일까 ? 또한 끌어 당긴다는 의미는 천문학에서 어떤 의미인가 ?  섭동에서의 “움직임” 이란 행성의 “공전” 를 의미하며, 끌어당긴다는 뜻은 “인력”을 말한다. 풀어쓰면 <인력 (중력)이 공전궤도를 끌어당긴다> 라는 뜻이 된다.  이제는 어느 정도 섭동의 의미가 감이 잡히셨을 것이다.  참고로 영어 Perturbation 은 “혼란시킴” 의미이다.  공전궤도 상 약간의 “혼란” 이란 의미일 것이다. 

섭동의 정의는 “어떤 행성의 공전궤도가 주변의 다른 행성의 인력 (중력) 의 영향으로 본래의 타원궤도에서 벗어나 일부 변화가 생기는 현상”을 말한다.  태양계뿐만 아니라 우주의 대부분 행성은 주성 (별) 과 해당 행성만 고려하면 행성의 공전궤도가 정확한 타원이 되지만, 같은 계 (界 System) 내부의 다른 행성의 인력 영향도 받으므로 타원궤도에 약간 변형이 생기게 된다.  한편 어떤 혜성이 쌍곡선 궤도로 운동하다가 태양 곁을 지나면서 태양의 인력으로 타원궤도로 바뀌는 현상도 섭동이라 부른다. 

위에서 L4 및 L5의 위치가 섭동 때문에 안정적이지 못하다는 뜻은 수성, 금성 등의 인력이 달의 지구 공전 궤도에 영향을 미쳐서 달의 지구와의 상대적 위치에 따라 L4 및 L5의 위치가 약간씩 변한다는 의미이다.  이렇게 되면 Kordylewski 구름이 생기는 위치도 같이 조금씩 변동이 생기게 되므로 먼지 구름이 한 지역에 집중되지 못해서 관측되기 어려워질 것이다.

(3) 비행기 천문대 관측보고서 

1960~1970년대에는 비행기에 망원경을 싣고 지상 12~14km 상공으로 올라가 하늘을 관측하는 방법이 시도되었다. 우주 망원경의 시초인 셈이다. 미국의 Lockheed Missles & Space 회사는 1960년대 Locksley Observatory (록슬리 천문대) 라는 이름의 비행기를 운영했고, NASA 는 1974~1995년 기간 동안 Kuiper Airborne Observatory  (카이퍼 공중 천문대. KAO) 라는 비행기로 지상 14 km 상공에서 우주를 관측했다.  아래 그림은 이 비행기와 여기 실린 망원경이다.

<Kuiper Airborne Observatory  (KAO) 비행기>                <KAO 에 탑재된 36” Cassegrain 망원경>  

아래 그림은 1966년 미국의 J. Wesley Simpson 이란 천문학자가 지상 12 km 상공 Locksley Observatory 비행기에서 Kordylewski 구름을 관측한 결과를 일반성도에 표시한 것이다. 그림 중간부분 두 곳 “격자무늬” 부분은 Gegenschein 을 표시한 것이므로 혼동하지 마시기 바란다.  Kordylewski 구름은 주변에 곰팡이처럼 보이는 좀 더 작은 “빗금무늬” 표시이다.  글자들을 자세히 보시면 L4, L5 등의 위치와 관측한 날짜가 적혀있다. 관측한 년도는 1966년인데, Kordylewski 구름이 너무 희미하고 또한 당시 카메라가 그리 발달하지 못해서 사진으로 남기지 못한 것으로 추측된다.

<1966년 J. Wesley Simpson 이 기록한 Kordylewski 구름과 Gegenschein.  사진 wfs.be.schule.de>

(4) 비행기 타면 Kordylewski 구름 좀 찾아볼까 ?

저는 태평양을 건너는 여객기를 개인사정으로 그나마 자주 타는 편인데, 남들은 대부분 통로쪽 좌석을 선호하지만 저는 창가 좌석을 미리 예약해 놓는다. 비행기 출발은 서양의 섬머타임 (Daylight Savings) 에 맞추어 여름에는 오후 6시 30분, 겨울에는 오후 5시 30분이다.  저녁 먹고 한 시간 정도 지나면 실내등이 모두 꺼지는데 이 때부터 비행기 창문 열고 밤하늘 별들 찾아보는 것이 비행기 타는 낙 (樂) 이다. 

장거리 여객기 고도는 보통 10~11 km 정도된다. Locksley 천문대나 Kuiper 공중 천문대 고도는 12~14 km 되었다 하므로 그리 큰 차이는 아니다. 비행기 창문이 그리 투명하지 않아 방해가 되지만 실내가 어느 정도 깜깜하므로 큰 문제는 아니다.  만일 주변 좌석에서 잡광이 나온다면 신문이나 잡지를 찢어 쌍안경 경통처럼 만든 다음 창문에 밀착시키면 밤하늘이 훨씬 더 잘 보이고 구름 위에 빛나는 찬란한 별빛을 감상할 수 있다.  말 그대로 “구름 위의 산책” …. 태평양을 거의 건널 때쯤이면 아침이 오는데, 시시각각으로 바뀌며 형언할 수 없이 아름다운 구름 빛깔도 장관이다.

승무원이나 옆자리 승객이 뭘 보시냐고 물을 때도 있고, 가끔 이게 뭐 하는 짓인지 스스로 우스울 때도 있으나 신경 쓸 일 아니다.  다 제 멋으로 사는 것이니까.  다음 번 비행기 탈 때는 저도 Kordylewski 구름이란 것 좀 찾아 보아야겠다.  헌데 제가 정말 그걸 찾아 성도에 표시한 것을 발표할 경우에 과연 한 사람이라도 믿어줄지는 의문이지만. 

                                                                                                             Astro News  <끝>