니오와이즈

2020년 여름, 태양계 바깥 가장자리에서 날아온 어둡고 작은 원시 얼음 덩어리가 순식간에 북반구에서 20여 년 만에 가장 밝은 혜성으로 떠올랐다. C/2020 F3로 목록에 등재되었으며 대중에게는 그저 '니오와이즈(NEOWISE)'로 알려진 이 혜성은 몇 주 동안 큰곰자리 아래 황혼 하늘에 걸려, 황금빛 먼지 꼬리와 그보다 흐릿한 청백색의 빛나는 가스 줄기를 늘어뜨렸다. 이 혜성을 지켜본 많은 이들에게 이는 생애 첫 대혜성이었으며, 동시에 마지막이 될 것이다. 니오와이즈가 다시 돌아오려면 약 6,800년이 걸리기 때문이다.

이 혜성의 이름은 그것을 발견한 임무의 이름에서 따왔다. 니오와이즈(NEOWISE)는 NASA의 광역 적외선 탐사 탐사선(WISE)을 재가동하여 근지구천체(Near-Earth Object)를 찾는 임무 단계의 이름이다. 2020년 3월 27일, 이 관측소의 적외선 검출기가 우주의 차가운 배경을 뒤로하고 혜성의 따뜻한 코마를 포착했고, 산 하나 크기에 불과한 이 수수한 얼음 천체는 2020년의 대혜성이 되어가는 여정을 시작했다.

깊은 냉동고에서 온 방문객

니오와이즈는 거의 포물선에 가까운 역행 궤도를 도는 장주기 혜성으로, 궤도가 행성들의 영역을 훨씬 벗어난다. 그 경로는 태양계 평면에 대해 약 129도 기울어져 있는데, 이는 지구를 비롯한 다른 천체들과 반대 방향으로 태양 주위를 '거꾸로' 돈다는 뜻이다. 그 궤도는 실로 거대해서, 바깥쪽으로 향하는 궤도 장반경은 약 358천문단위(AU)에 이른다. 이는 지구-태양 거리의 수백 배에 달하는 것으로, 태양계가 형성된 이래 거의 변하지 않은 채로 혜성들이 아득한 세월을 보내는 혹독하게 추운 영역까지 뻗어 있다.

이 거대한 궤도가 방문 일정을 결정짓는다. 2020년 통과 이전 이 혜성의 공전 주기는 약 4,500년이었는데, 거대 행성들의 중력이 궤도를 살짝 더 큰 에너지를 가진 경로로 밀어내면서, 바깥쪽으로 향하는 공전 주기가 약 6,800년, 즉 약 248만 일로 늘어났다. 니오와이즈가 지난번 태양을 돌았을 때는 기록된 역사가 막 시작될 무렵으로, 고대 세계의 최초 도시와 기념물들이 이제 막 형태를 갖추어가던 시기였다. 다음번에는 오늘날 살아 있는 그 누구도, 그리고 그들의 후손들 중 수백 세대에 걸쳐 그 누구도 이를 볼 수 없을 것이다.

산 하나 크기의 핵

혜성의 단단한 심장부, 즉 핵은 얼음과 먼지, 암석으로 이루어진 '더러운 눈덩이'로, 지름이 약 5km에 불과해 큰 도시 하나에 들어갈 정도로 작다. 니오와이즈 탐사선 자체의 적외선 측정을 통해 이 크기가 확정되었으며, 핵이 태양빛을 겨우 몇 퍼센트만 반사할 정도로 상당히 어둡다는 사실도 드러났다. 핵은 약 7.6시간에 한 번씩 자전한다.

크기는 작지만 이 핵은 혜성의 모든 장관을 만들어내는 엔진이다. 태양에 접근하면서 햇빛이 핵을 데우자 얼어붙은 가스가 고체에서 곧바로 기체로 승화했고, 그 과정에서 먼지를 표면에서 끌어내어 핵보다 훨씬 거대한 빛나는 코마를 부풀렸다. 결정적으로 니오와이즈는 그 가열 과정을 온전히 견뎌냈다. 많은 밝은 혜성들이 태양 근처에서 부서지지만, 이 혜성은 형체를 유지하며 장관을 연출했다.

태양을 스치듯 지나 지구 곁을 스쳐가다

니오와이즈는 2020년 7월 3일 근일점, 즉 태양에 가장 가까이 접근하는 지점에 도달했으며, 그 거리는 약 0.29AU, 대략 4,300만km로 수성 궤도 안쪽이었다. 바로 이 뜨거운 통과가 혜성을 그토록 밝게 만든 원인으로, 강렬한 열기가 격렬한 가스 방출과 먼지 분출을 일으켰고, 파커 태양탐사선과 SOHO 관측소를 포함한 NASA의 태양 관측 우주선들이 혜성이 태양을 도는 과정을 추적했다.

근일점을 무사히 통과한 뒤, 혜성은 지구를 향해 다가와 2020년 7월 23일 약 0.69AU(약 1억 300만km) 거리에서 지구에 가장 가까이 접근했다. 위험할 만큼 가까이 온 적은 없었으며, 이는 지구-태양 거리의 3분의 2에 해당하는 안전한 거리였다. 하지만 그 기하학적 배치는 북반구 관측자들에게는 이상적이었고, 혜성을 어두운 밤하늘 높이 띄워 맨눈으로도 감상할 수 있게 해주었다.

세 개의 꼬리와 한 줄기 색채

니오와이즈를 촬영한 사진들에는 코마에서 부채꼴로 뻗어나가는 두 개의 뚜렷한 꼬리가 담겨 있었다. 넓고 완만하게 굽이치는 황금빛 꼬리는 핵에서 부드럽게 떨어져 나온 먼지 알갱이들이 반사된 햇빛을 받아 빛나는 것이다. 그 위로는 더 곧고 희미한 푸른색 꼬리가 이어졌는데, 이는 일산화탄소 이온을 포함한 이온화 가스로 이루어져 있으며, 태양풍에 의해 가느다란 줄기 형태로 다듬어져 태양의 반대 방향을 거의 정확히 가리켰다.

니오와이즈는 더 희귀한 세 번째 특징도 보여주었다. 2020년 7월 중순 보고된 희미한 나트륨 꼬리로, 코마에서 빠져나온 나트륨 원자가 독특한 노란빛-주황빛 스펙트럼선을 내며 빛나서 생긴 것이다. 나트륨 꼬리는 극소수의 매우 밝은 혜성에서만, 가장 유명하게는 헤일-밥 혜성에서만 관측된 바 있어, 니오와이즈는 이 얼음 천체들이 무엇으로 이루어져 있는지를 탐구하는 천문학자들에게 귀중한 연구 사례가 되었다.

한 세대에 한 번 나타나는 가장 밝은 혜성

가장 밝을 때 니오와이즈는 약 0.5~1등급으로 빛났는데, 이는 밝은 별에 견줄 만한 밝기로, 1997년 헤일-밥 혜성 이후 북반구에서 관측된 가장 인상적인 혜성이 되었다. 이후 이 혜성은 비공식적으로 '2020년의 대혜성'으로 인정받았다. 몇 주 동안 이는 진정한 대중적 사건이 되어, 사람들을 어두운 언덕으로 불러 모았고, 지평선 위로 호를 그리는 쌍둥이 꼬리를 담은 장노출 사진들로 소셜 미디어를 가득 채웠다.

하지만 그 장관은 오래가지 않았다. 혜성은 태양에서 멀어지고 가스 방출이 잦아들면서 빠르게 어두워진다. 2020년 7월 말을 지나며 니오와이즈는 꾸준히 어두워져 맨눈 관측 한계에 다다랐고, 이내 깊은 냉동고 같은 우주 저편으로 다시 향하면서 쌍안경, 그다음엔 망원경이 있어야만 겨우 추적할 수 있게 되었다.

기회가 있었다면 이렇게 관측했을 것이다

그해 7월의 사진과 기억을 여전히 간직한 몇몇 사람들에게, 니오와이즈는 일몰 후 북서쪽 하늘, 큰곰자리의 국자 모양 아래쪽 낮은 곳에서 가장 찾기 쉬웠으며, 도시 불빛에서 벗어난 어두운 장소에서 관측하는 것이 최선이었다. 쌍안경으로는 황금빛 먼지 꼬리가 아름답게 드러났고, 삼각대에 놓인 카메라로 몇 초간 노출을 주면 육안으로는 보이지 않는 색채와 섬세한 이온 꼬리까지 담아낼 수 있었다.

그 기회의 창은 이제 닫혔다. 니오와이즈는 다시 행성들의 영역을 훨씬 벗어나 태양계 바깥쪽으로 어두워지며 향하고 있고, 앞으로 수천 년 동안 우리의 하늘을 다시 밝히지 않을 것이다. 대신 템포시아에서는 이 천체의 가파른 역행 궤도를 따라가며, 바깥 어둠에서 온 천체가 어떻게 잠시 태양계 안쪽을 가로지른 뒤 또 다른 68세기 동안 자취를 감추었는지 살펴볼 수 있다.