명왕성

명왕성은 왜행성 중 가장 잘 알려진 천체로, 20세기 대부분 동안 아홉 번째 행성으로 취급되었다. 클라이드 톰보는 1930년 애리조나의 로웰 천문대에서 사진 건판을 인내심 있게 비교한 끝에 고정된 별들 사이에서 이동하는 희미한 광점을 발견해 냈다. 명왕성은 76년간 행성의 지위를 유지하다가, 같은 우주 영역 더 먼 곳에서 비슷하거나 심지어 더 무거운 천체들이 발견되면서 2006년 국제천문연맹에 의해 왜행성으로 재분류되었다.

작고, 차갑고, 믿기 힘들 만큼 멀리 있는 — 지구보다 태양에서 약 39배 먼 궤도를 도는 — 명왕성은 2015년 NASA의 뉴호라이즌스 탐사선이 스쳐 지나가며 질소 빙하, 물 얼음으로 이루어진 산맥, 옅은 푸른 하늘을 지닌 놀랍도록 복잡한 세계를 드러내기 전까지는 흐릿한 얼룩에 지나지 않았다.

가장자리에 있는 세계

명왕성은 지름 약 2,377km로 지구 달 폭의 약 3분의 2에 불과할 만큼 작으며, 질량은 지구의 약 0.2퍼센트에 지나지 않는다. 해왕성 너머 얼음 천체들의 고리인 카이퍼 벨트 깊숙한 곳, 평균 거리 39.5 천문단위에서 태양을 돈다. 태양을 한 바퀴 도는 데 약 248년이 걸리므로, 명왕성은 톰보가 발견한 이래 아직 궤도의 절반도 채우지 못했다.

그 경로는 고전적인 행성이 그리는 깔끔한 원에 가까운 궤도와는 거리가 멀다. 명왕성의 궤도는 이심률이 크고 심하게 기울어져 있으며, 다른 행성들이 공유하는 평면에 대해 17도 넘게 기울어져 있다. 이 타원은 매우 늘어져 있어서 명왕성이 때로는 해왕성보다 태양에 더 가까워지기도 한다 — 1979년에서 1999년 사이가 그랬다. 그러나 둘은 결코 충돌하지 않는데, 명왕성이 해왕성과 3:2 궤도 공명에 갇혀 있기 때문이다. 즉 해왕성이 세 바퀴 도는 동안 명왕성은 정확히 두 바퀴를 돌며, 이 중력적 리듬이 둘을 영구히 서로의 길에서 비켜서게 만든다.

하트, 평원, 그리고 산맥

2015년 근접 비행에서 얻은 대표적인 이미지는 명왕성의 발견자를 기려 명명된 '톰보 레지오'라는, 넓고 창백한 하트 모양의 지역이다. 그 서쪽 로브인 '스푸트니크 평원'은 지름 약 1,000km에 이르는 분지로, 얼어붙은 질소로 채워진 태양계 최대 규모의 빙하로 알려져 있다. 그 표면은 폭 수십 km에 이르는 다각형 세포들로 쪼개져 있는데, 이는 천천히 요동치는 대류의 정점으로, 마치 우주판 라바 램프처럼 평원의 표면을 다시 만들어 낸다. 그 평원은 사실상 충돌구가 없어서, 지질학적으로 젊다는 뜻이다 — 아마도 1억 년이 채 되지 않았을 것이며, 한때 얼어붙은 유물로 여겨졌던 세계로서는 충격적인 발견이었다.

질소 얼음 가장자리를 두르고 있는 것은 진짜 산맥이다. 에베레스트를 처음 등정한 이들의 이름을 딴 텐징 몬테스(원래 이름은 노르가이 몬테스)와 힐러리 몬테스는 높이 3~6km에 이른다. 명왕성 표면 온도인 영하 약 230°C에서는 일반적인 물 얼음도 암석만큼이나 단단하며, 이 봉우리들은 그 얼어붙은 물 기반암에서 깎여 나온 것으로, 마치 바다 위 빙산처럼 더 무른 질소 얼음 위에서 떠다니며 서로 부대낀다.

얇고, 푸르고, 숨 쉬는 대기

명왕성은 표면을 덮은 것과 같은 물질인 미량의 메탄과 일산화탄소가 섞인 희박한 질소 대기를 붙잡고 있다. 명왕성이 태양에 가까워지면 표면 얼음이 승화하면서 대기가 두꺼워지고, 다시 깊은 추위 속으로 물러나면 그 기체 상당수가 다시 지면으로 얼어붙는다. 뉴호라이즌스는 이 공기를 통과해 걸러진 햇빛을 포착했는데, 이는 200km 넘는 고도까지 층층이 쌓인 약 20개의 안개 층을 드러냈고, 명왕성에 놀랍게도 푸른 황혼 하늘을 선사했다 — 이 색조는 미세한 안개 입자에서 산란된 햇빛에서 비롯된 것이다.

명왕성과 카론: 이중 세계

명왕성의 가장 큰 위성인 카론은 1978년에 발견되었으며 그 크기로 주목할 만하다. 지름 약 1,212km로 명왕성 지름의 약 절반에 달하며, 태양계에서 모행성 대비 가장 큰 위성이다. 카론은 매우 무거워서 두 천체의 공유 중력 중심인 무게중심이 명왕성 내부가 아니라 명왕성 표면 위 빈 공간에 자리한다. 그래서 두 천체는 마치 회전하는 아령처럼 그 외부의 점을 중심으로 빙글빙글 도는데, 이 때문에 명왕성과 카론은 종종 쌍성계 또는 이중계로 불린다.

둘은 또한 상호 조석 고정되어 있다 — 각자 영원히 상대를 향한 같은 면을 유지하므로, 명왕성의 근접 면에서 보면 카론은 하늘에 멈춰선 채 걸려 있어 뜨거나 지는 법이 없다. 훨씬 작은 네 개의 위성이 이 가족을 완성한다. 2005년 발견된 닉스와 히드라, 그리고 2011년과 2012년 허블 우주망원경이 발견한 아주 작은 케르베로스와 스틱스다. 이 다섯 위성 모두 명왕성과 다른 카이퍼 벨트 천체 사이의 고대 충돌에서 튕겨 나온 파편에서 응축되었을 가능성이 높다.

뉴호라이즌스의 근접 비행

명왕성이 재분류되기 몇 달 전인 2006년 1월에 발사되어 50억 km 넘는 우주 공간을 가로질러 도달한 뉴호라이즌스 이전에는 어떤 탐사선도 명왕성을 방문한 적이 없었다. 2015년 7월 14일, 피아노 크기의 이 탐사선은 시속 약 5만km의 속도로 명왕성으로부터 약 12,500km — 표면 위로는 약 7,800km — 거리를 스쳐 지났는데, 궤도에 진입하기엔 너무 빨랐지만 조우한 반구를 놀라울 만큼 세밀하게 지도화할 만큼은 가까웠다. 무선 신호가 지구로 돌아오는 데 네 시간 넘게 걸렸기 때문에, 임무 팀은 이후 몇 달에 걸쳐 데이터가 천천히 도착하는 것을 그저 지켜보고 기다릴 수밖에 없었고, 그 과정에서 작은 얼음 세계가 어떤 모습일 수 있는지에 대한 교과서를 다시 썼다. 뉴호라이즌스는 그 이후로도 카이퍼 벨트 더 깊숙이 나아가, 2019년에는 접촉 쌍성 천체인 아로코스를 스쳐 지났다.

명왕성을 찾는 방법

명왕성은 육안이나 쌍안경의 범위를 훌쩍 넘어선다 — 약 14등급인 명왕성은 사람이 도움 없이 볼 수 있는 가장 희미한 별보다도 약 천 배 더 어둡다. 명왕성을 관측하는 것은 어두운 하늘 아래 보통 8인치 이상의 구경을 가진 더 큰 뒷마당 망원경을 위한 진정한 도전 과제다. 그런 망원경으로도 명왕성은 원반 없이 희미한 별 같은 점으로만 보이며, 발견을 확인하는 유일한 방법은 같은 별자리를 여러 밤에 걸쳐 스케치하거나 촬영해 그 한 점이 배경에 대해 서서히 움직이는 것을 지켜보는 것뿐이다. 대부분의 관측자에게는 스푸트니크 평원을 둘러보고 명왕성-카론 쌍을 가까이서 공전할 수 있게 해 주는 Temposia 자체 3D 모델이 더 접근하기 쉬운 방법이다.