하우메아

하우메아는 태양계에서 가장 기이한 대형 천체 중 하나다. 해왕성 너머 카이퍼 벨트에 있는 왜행성으로, 너무 빠르게 자전한 나머지 더 이상 둥글지 않다. 구형 대신 럭비공이나 미식축구공에 가까운 늘어난 삼축 타원체로, 가장 긴 축을 따라 약 2,100km에 달하지만 위아래로는 그 절반 정도밖에 되지 않는다. 평균 반지름 약 780km인 하우메아는 해왕성 너머에서 가장 큰 천체 중 하나이지만, 가장 두드러진 특징은 크기가 아니라 운동이다.

하우메아는 4시간도 채 안 되는 시간에 한 바퀴를 자전하는데, 이는 태양계에 알려진 다른 어떤 대형 천체보다도 빠르다. 이 맹렬한 자전, 태양계 외곽 곳곳에 얼음 파편 가족 전체를 흩뿌린 충돌의 과거, 두 개의 작은 위성, 그리고 가느다란 고리는 하우메아를 진정한 별종으로 만든다 — 조용히 얼어붙은 암석이라기보다는 우주적 충돌의 여파에 더 가까운 왜행성이다.

달걀 모양으로 회전한 세계

태양계 대부분의 대형 천체는 자체 중력에 의해 구형으로 다듬어진다. 하우메아는 눈에 띄는 예외다. 하우메아는 약 3.9시간마다 한 바퀴씩 자전축을 도는데 — 지구의 한 근무 교대 시간보다도 짧다 — 이 빠른 자전이 적도를 바깥으로 밀어내며 천체 전체를 길쭉한 모양으로 늘인다. 하우메아가 먼 별 앞을 지나며 그 빛을 잠깐 가리는 항성 엄폐 관측으로 얻은 측정치는 세 축 각각을 따라 약 2,100km, 1,700km, 1,000km의 치수를 보여준다.

이는 평형 형태로 여겨진다. 하우메아는 매우 빠르게 자전하고 있어서, 달걀 같은 형태는 천체를 둥글게 만들려는 중력과 찢어 놓으려는 원심력 효과 사이의 균형점이다. 고체 암석에 가까운 비교적 높은 밀도는 하우메아가 처음부터 끝까지 얼음으로 이루어진 천체라기보다는 밝은 얼음 껍질에 감싸인 암석질 내부를 지녔음을 시사한다.

충돌에서 태어난 사촌들

하우메아의 빠른 자전은 거의 확실히 과거의 상흔이다. 천문학자들은 적어도 10억 년 전 하우메아가 거대한 충돌을 겪으면서 얼음질 맨틀 상당 부분이 벗겨져 나가고, 그로 인해 회전 속도가 빨라졌으며, 파편이 주변 공간으로 흩어졌을 것이라 믿는다. 그 파편들은 하우메아 충돌 가족을 이루는데, 카이퍼 벨트에서 지금까지 확인된 유일한 이런 종류의 가족이다.

가족 구성원들은 하우메아의 특징적인 표지를 공유한다. 거의 순수한 결정질 물 얼음으로 덮인 표면으로, 대부분의 먼 천체가 띠는 붉은 색조에 비해 유난히 밝고 청백색을 띤다. 2002 TX300 같은 더 큰 파편들은 지름 수백 km에 이른다. 하우메아 자체의 표면은 66~80퍼센트가 결정질 물 얼음이며, 2009년 발견된 더 어둡고 붉은 얼룩은 광물과 탄소 함유 화합물이 더 풍부한 지역을 암시한다.

두 개의 위성과 고리

하우메아는 두 개의 작은 위성을 거느리고 있는데, 둘 다 2005년에 발견되었고 왜행성 자체와 마찬가지로 하와이 신화에서 이름을 따왔다. 더 바깥쪽이자 더 큰 히이아카는 지름 약 310km로 49일마다 하우메아를 한 바퀴 돈다. 안쪽 위성인 나마카는 약 150km로 더 작으며, 더 큰 형제 위성에 의해 눈에 띄게 당겨지고 뒤틀린 18일 주기의 이심 궤도를 돈다. 둘 다 여신 하우메아의 딸들 이름을 따서 명명되었다.

2017년, 하우메아가 배경 별 앞을 지나는 것을 지켜보던 천문학자들은 이렇게 먼 천체에서는 아무도 본 적 없는 것을 발견했다 — 바로 고리였다. 이 고리는 하우메아 중심에서 약 2,287km 떨어진 곳에 자리하며, 폭은 약 70km, 왜행성의 자전과 3:1 공명 궤도를 도는데 — 고리 입자들은 하우메아가 세 바퀴 자전할 때마다 한 바퀴를 돈다. 이는 해왕성 너머 천체 주변에서 발견된 최초의 고리 계였으며, 고리가 거대 행성에만 속한다는 가정을 뒤엎었다.

멀고 기울어진 궤도

하우메아는 카이퍼 벨트 깊숙한 곳, 평균 거리 약 43천문단위 — 지구보다 태양에서 약 43배 먼 거리 — 에서 태양을 돈다. 한 바퀴 공전에는 약 283년이 걸리므로, 하우메아를 찾아낼 만큼 강력한 망원경이 존재한 이래로 아직 한 바퀴도 채 돌지 못했다. 지구까지 약 8분 만에 도달하는 햇빛은 하우메아까지 도달하는 데 약 6시간이 걸린다.

하우메아의 궤도는 이심률도 크고 기울기도 심해서, 행성들의 평면에 대해 약 28도 기울어져 있으며, 가장 가까울 때 약 35천문단위에서 가장 멀 때 51천문단위 넘는 곳까지 오간다. 그곳에서는 온도가 50켈빈 — 섭씨 영하 약 220도 — 을 크게 넘지 않아, 물 얼음을 암석처럼 단단히 얼려 둘 만큼 춥다.

논란이 된 발견

하우메아의 발견은 현대 천문학에서 가장 논쟁적인 사건 중 하나다. 캘리포니아 공과대학의 마이크 브라운이 이끄는 팀이 2004년 12월 이미지에서 이를 확인하고 '산타'라는 비공식 별칭을 붙였다. 그들이 발표하기 전, 스페인 시에라네바다 천문대의 호세 루이스 오르티스가 이끄는 팀이 2003년의 더 오래된 사전 촬영 이미지에서 이를 발견해 2005년 7월 해당 천체를 발표했다. 스페인 연구팀 소속 기관의 한 컴퓨터가 발표 직전 브라운의 망원경 관측 기록에 접근했다는 사실이 드러나면서 논란은 더욱 깊어졌다.

국제천문연맹은 절충안으로 이 문제를 마무리했다. 시에라네바다 천문대를 발견 장소로 인정하되, 캘리포니아 공과대학 팀이 제안한 이름인 하우메아 — 출산과 다산을 관장하는 하와이 여신의 이름 — 를 채택한 것이다. 하우메아는 2008년 9월 17일 왜행성으로 공식 인정받았는데, 이 지위를 받은 다섯 번째 천체이자 위성을 거느린 몇 안 되는 천체 중 하나였다.

하우메아 관측하기

하우메아는 육안 가시 범위를 크게 벗어난다. 약 17등급으로 사람이 도움 없이 볼 수 있는 가장 희미한 별보다도 약 백만 배 더 어두우므로, 이를 포착하려면 대형 아마추어 망원경, 어두운 하늘, 천체력에서 얻은 정밀한 좌표, 그리고 희미하게 천천히 움직이는 광점을 잡아내려는 인내심 있는 별 찾기 기술이 필요하다 — 최근 몇 년 사이에는 목동자리를 지나고 있다. 어떤 탐사선도 하우메아를 방문한 적이 없으며, 우리가 아는 모든 것은 지구상 및 지구 근처의 망원경에서, 특히 하우메아의 형태와 고리를 밝혀낸 항성 엄폐 관측에서 나왔다. 전용 하우메아 임무가 제안되었지만 아직 실행되지 않아, 이 회전하는 달걀은 태양계에서 가장 덜 탐사된 대형 천체 중 하나로 남아 있다.