세레스

세레스는 소행성대에서 가장 큰 천체이자, 해왕성보다 태양에 가까운 궤도를 도는 유일한 왜행성이다. 지름 약 940km로 소행성대 전체 질량의 약 4분의 1에서 3분의 1을 차지하지만, 세레스 다섯 개를 늘어놓아야 미국 본토의 폭에 이를 만큼 작기도 하다. 세레스는 묘한 중간 위치를 차지한다 — 단순한 소행성이라 하기엔 너무 크고 둥글며, 행성이라 하기엔 너무 작고 멀리 있으면서도, 물이 풍부해 일부 행성과학자들은 이를 단순한 암석이라기보다는 안쪽으로 흘러들어온 얼음 바다 세계에 가깝게 취급한다.

평균 거리 2.77 천문단위에서 4.6년마다 태양을 한 바퀴 도는 세레스는 자전 속도가 빨라 하루가 9시간을 조금 넘길 뿐이며, 자전축 기울기가 약 4도에 불과해 거의 꼿꼿이 서 있다. 이 거의 수직에 가까운 자전축과 10.6도 기울어진 궤도가 결합되어, 얼음이 어디에서 살아남을 수 있는지에 큰 영향을 미친다는 사실이 밝혀졌다.

최초의 소행성, 그리고 최초의 왜행성

세레스는 19세기의 첫날인 1801년 1월 1일, 시칠리아 팔레르모 천문대의 이탈리아 천문학자 주세페 피아치에 의해 발견되었다. 그는 처음에는 혜성으로 여겼다가, 몇 주에 걸쳐 별들 사이를 서서히 이동하는 것을 추적한 뒤 작은 행성일 것이라 의심했다. 피아치는 로마의 농업과 곡물의 여신이자 시칠리아의 수호신인 케레스의 이름을 따 '케레스 페르디난데아'라 명명했다. 페르디난도 왕에게 바친 왕실 헌사는 훗날 빠졌고, 단순히 세레스만 남게 되었다.

수십 년간 세레스는 행성으로 취급되었으나, 팔라스, 주노, 베스타를 비롯한 비슷한 천체들이 잇따라 발견되면서 이들 모두가 소행성으로 재분류되었다. 세레스는 최초로 발견된 소행성으로서 '1 세레스'라는 명칭을 유지했다. 그러다 2006년 국제천문연맹이 다시 세레스의 지위를 격상시켰다. 자체 중력만으로 둥근 형태를 이룰 만큼 질량이 크지만, 자신이 도는 궤도상의 잔해를 청소하지는 못했기에, 세레스는 왜행성이 되었다 — 명왕성이 같은 새 범주로 재분류된 바로 그해였다.

위장한 얼음 세계

세레스는 두들겨 맞은 암석 덩어리 그 이상이다. 탐사선의 중력 측정 결과 세레스는 질량 기준으로 암석이 약 30~40퍼센트에 불과하며, 이는 진흙질의 암석 핵을 감싼 깊고 얼음이 풍부한 외층을 시사한다 — 물이 천체 전체 질량의 4분의 1가량을 차지할 수도 있다. 이는 지구 다음으로 태양계 안쪽에서 가장 물이 풍부한 천체 중 하나로 만든다.

2014년 유럽우주국의 허셜 우주망원경은 세레스에서 빠져나오는 희미한 수증기 플룸을 검출했는데, 이는 소행성대 천체에서 물이 분출되는 것을 보여준 첫 명확한 증거였다. 이 수증기는 표면 근처의 얼음이 곧바로 우주로 승화하며 발생하는 것으로 추정된다. 그 미세한 자전축 기울기 덕분에 저온 포집소로 남아 있는, 극지방 근처 영구 그늘진 충돌구 바닥처럼 햇빛이 결코 닿지 않는 곳에서는, 수성이나 달의 그늘에서 발견되는 얼음 저장고와 비슷하게 물 얼음이 표면 자체에 살아남을 수 있다.

오카토르의 밝은 반점

세레스의 가장 유명한 특징은 영상이 선명해질수록 과학자들을 어리둥절하게 만든 눈부신 흰 반점들의 산개다. 가장 밝은 무리는 지름 약 92km, 깊이 4km의 비교적 젊은 충돌구인 오카토르 안에 자리한다. 그 중심 침전물인 케레알리아 파쿨라와 인근의 비날리아 파쿨라이는 천체 전체에서 가장 반사율이 높은 지점으로, 초기의 흐릿한 접근 사진에서도 빛날 만큼 밝다.

이 밝은 반점들은 소금 성분으로 밝혀졌는데, 주로 탄산나트륨으로 이루어져 있으며, 짠 액체가 아래에서 솟아올라 표면에 도달한 뒤 얼어붙고 우주로 끓어 증발하면서 광물 껍질을 남긴 것이다. 이들의 존재는 짠 액체 저장고 — 지하 염수 바다의 잔재 웅덩이 — 가 지질학적으로 보면 비교적 최근까지도 움직이고 있었음을 가리킨다. 세레스는 또한 더 어두운 표면 곳곳에 유기물 함유 화합물과 점토를 지니고 있는데, 이는 생명 거주 가능성 문제에서 세레스를 흥미롭게 만드는 원료 물질이다.

빙화산과 상흔 남은 표면

주변의 평탄한 지형에서 4km 넘게 솟아오른 아후나 몬스는 세레스에서 가장 높은 산이자 태양계에서 가장 기이한 지형 중 하나다 — 옆면에 밝은 줄무늬가 있는, 가파른 경사면을 가진 외로운 돔으로, 녹은 암석이 아니라 짜고 진흙 섞인 얼음 슬러리가 스며 나온 빙화산으로 널리 해석된다. 그 젊어 보이는 모습은 세레스가 비교적 최근까지 지질학적으로 활동해 왔음을 시사한다.

이 왜행성의 가장 큰 충돌 흔적은 케르완으로, 지름 약 280km에 이르는 오래되고 완만해진 분지다 — 세레스 자체 지름의 거의 3분의 1에 달한다. 특기할 만한 점은 세레스에 예상보다 초대형 충돌구가 적다는 것인데, 이는 얼음질의 서서히 이완되는 지각이 수십억 년에 걸쳐 가장 크고 오래된 상처들을 매끄럽게 덮어 왔음을 암시한다.

돈 탐사선: 세레스를 지도화한 임무

위의 내용은 거의 전부 단 하나의 탐사선에서 나온 것이다. 효율적인 이온 추진을 사용한 NASA의 돈 탐사선은 지구 너머 두 개의 서로 다른 목적지를 도는 최초의 임무가 되었다 — 먼저 거대 소행성 베스타를, 이어 2015년 3월 6일 도착한 세레스를 돌았다. 돈은 또한 왜행성을 최초로 공전한 탐사선이기도 했으며, 뉴호라이즌스가 명왕성을 스쳐 지나가기 몇 달 전에 도착했다.

3년 넘게 돈은 점차 더 가까이 나선을 그리며 다가갔고, 결국 오카토르의 소금을 정밀하게 촬영하기 위해 표면 위 약 35km까지 낮게 스쳐 지났다. 임무는 2018년 11월 1일 종료되었는데, 돈이 안테나와 태양 전지판을 조준하는 데 필요한 하이드라진을 소진해 침묵에 빠졌기 때문이다. 이제 돈은 안정된 궤도에서 앞으로 수십 년간 세레스를 도는 버려진 기념비로 남아 있을 것이다.

세레스를 찾는 방법

세레스는 뒷마당 관측자가 실제로 찾아낼 수 있는 유일한 왜행성이다. 15~16개월마다 찾아오는 충 무렵 최고 밝기일 때 세레스는 약 6.7등급까지 밝아지는데 — 보통 사람의 육안 가시 한계를 살짝 넘어서지만, 어두운 관측지에서 쌍안경으로는 쉽게 찾을 수 있는 대상이다. 흐릿하고 고정된 별처럼 보이므로, 요령은 그 위치를 스케치하거나 성도에 표시해 두었다가 하루 이틀 뒤 다시 돌아와 움직임을 포착하는 것이다. 가장 큰 망원경으로 봐도 세레스는 특징 없는 작은 원반으로만 보이는데 — 바로 그렇기 때문에 돈의 근접 촬영 사진이 그토록 놀라운 발견이었다.