세레스 소행성 : 지하에 바다가 있을 수 있다?

왜소행성(dwaf planet) 세레스(Ceres)는 화성과 목성의 궤도 사이에 있는 소행성대에서 가장 큰 천체입니다. 지름이 945㎞로 메인 벨트에서 가장 큰 천체입니다. 해왕성 궤도 안짝에 있는 유일한 준행성이기도 합니다. 알려진 태양계 천체 중 33번째로 큽니다. 세레스는 달 질량의 1.28%에 불과하지만 지질학적으로 매우 활발한 명확한 징후를 보이고 있습니다. 

세레스의 요약

얼음과 암석으로 구성되어 있으며, 소행성대 전체 질량의 약 3분의 1을 차지하는 것으로 추정됩니다. 세레스는 소행성대 중 자체 중력에 의해 모양이 둥글게 변하는 것으로 알려진 유일한 천체입니다. 지구에서 본 세레스의 시등급은 6.7등급에서 9.3등급의 범위이며, 15개월에서 16개월마다 충돌을 일으킬 때마다 시등급이 최고조에 달하지만, 하늘이 극도로 어두운 지역을 제외하고는 시등급이 가장 밝은 시기에도 육안으로 관측하기에는 어둡습니다. 

세레스는 1801년 1월 1일 팔레르모 천문대에서 관측한 주세페 피아치에 의해 처음 발견된 소행성입니다. 원래는 행성으로 여겨졌지만, 비슷한 궤도를 가진 천체들이 많이 발견되면서 1850년대에 소행성으로 분류되었습니다. 

세레스의 내부는 암석이 많은 핵과 얼음으로 된 맨틀로 분화되어 있으며, 얼음층 아래에는 액체 상태롤 된 바다가 남아있을 것으로 추정됩니다. 표면은 물의 얼음과 탄산염이나 점토와 같은 수화 광물의 혼합물이며, 2014년  1월에는 세레스의 표면의 여러 지점에서 수증기가 방출되는 것이 감지되었습니다. 소행성대에 있는 대형 천체는 혜성의 특징인 수증기를 방출하지 않기 때문에 이는 예상치 못한 일이었습니다. 

 

발견

1772년 독일의 천문학자 요한 보데는 화성과 목성의 궤도 사이에 미지의 행성이 존재할 가능성을 처음으로 제시했습니다. 또한, 1596년에는 이미 요하네스 케플러가 화성과 목성의 궤도 사이에 틈이 있다는 것을 알아차렸습니다. 보데는 케플러의 생각을 1766년 처음 제안된 티티우스 보데의 법칙에 기초를 두었는데, 현재까지도 과학적 근거를 찾지 못하고 있습니다. 보데는 이 법칙을 바탕으로 큰 간격이 있다는 불완전한 요소가 있었습니다. 이로 인해 화성과 목성 사이의 태양으로부터 2.8au의 거리에 행성이 존재할 것으로 예측되었습니다. 1781년 천문학자 윌리엄 허셜이 토성 다음으로 행성이 존재할 것으로 예측된 위치 근처에서 천왕성을 발견함으로써 티티우스 보데의 법칙을 통해 알았고, 이후 천문학자들은 '천상의 경찰'이라는 뜻의 'celestial police)에게 존재가 예상되는 행성에 대한 체계적인 탐사를 시작하도록 요청했습니다. 비록 그들이 세레스를 발견하지는 못했지만 나중에 그들은 소행성대에 있는 몇 개의 대형 소행성을 발견했습니다.

 

궤도

세레스는 화성과 목성 사이의 소행성대를 공전하고 있으며, 공전주기는 4.6지구년입니다. 궤도는 약간 기울어져 있고, 약간 타원형 궤도를 그립니다. 세레스는 한때 소행성족의 일원으로 여겨졌습니다. 이 소행성군은 유사한 고유 궤도 요소를 가지고 있으며, 이는 과거 소행성 충돌로 인한 공통된 기원을 나타낼 수 있습니다. 그러나 세레스는 그 족으로 분류되는 소행성들과는 스펙트럼 특성이 다르다는 것이 나중에 밝혀졌고,. 이 족은 현재 이에 속하는 소행성 중 다음으로 소행성 번호가 작은 소행성 게피온에 착안하여 게피온 족으로 불리고 있습니다. 현재 세레스는 단순히 게피온족이 그리는 궤도 안에 위치하여 우연히 비슷한 궤도 요소를 가지고 있지만, 공통의 기원은 가지고 있지 않다고 합니다. 

 

케레스에서 본 행성의 태양면 통과

세레스에서는 수성, 금성, 지구, 그리고 화성의 태양면 통과를 볼 수 있습니다. 가장 흔한 통과는 수성에 의한 것으로 보통 몇 년에 한 번씩 발생하며, 최근에는 2006년과 2010년에 발생했습니다. 금성의 마지막 태양면 통과는 1953년이며, 다음번은 2051년에 발생합니다. 지구의 태양면 통과는 1814년과 2081년, 화성의 태양면 통과는 767년과 2684년에 발생합니다. 

 

대기권

세레스에서는 표면의 물 얼음에서 기체 상태의 수증기가 방출되는 흔적이 보입니다. 표면의 물 얼음은 태양으로부터 5au 미만의 영역에서는 불안정하며, 태양의 복사에 직접 노출되면 승화될 것으로 예상됩니다. 얼음은 세레스의 깊은 곳에서 표면으로 이동할 수 있지만, 매우 짧은 시가 내에 방출됩니다. 따라서 결과적으로 물의 증발을 감지하기 어렵습니다. 세레스의 극지방에서 물의 방출은 1990년대 초에 관측되었을 가능성이 있지만, 명확하게 입증된 바는 없습니다. 새로운 분화구 주변이나 지하층의 균열에서 방출되는 물을 감지하는 것은 가능할 수도 있습니다. 국제 자외선 천문위성을 통한 자외선 관측에서 세레스의 북극 부근에서 통계적으로 유의미한 양의 수산화물 이온이 검출되었는데, 이는 자외선에 의한 수증기 해리의 부산물입니다. 

 

기원과 진화

세레스는 약 45억 7천만 년 전 소행성대에서 형성된 원시 행성의 생존자일 수 있습니다. 내태양계의 원시 행성은 다른 원시 행성과 충돌하여 지구형 행성을 형성했거나 목성에 의해 태양계 밖으로 던져진 것으로 추정되지만, 세레스는 비교적 온전하게 살아남았다고 합니다. 또 다른 이론은 세레스가 카이퍼 벨트에서 형성되어 나중에 소행성대로 이동했다는 것입니다. 오카토르 분화구에서 암모니아 염이 발견된 것은 세레스가 외계 태양계에 기원을 두고 있다는 것을 뒷받침하는 것으로 알려져 있습니다. 

현재  세레스의 표면은 지질학적으로 활동적이지 않으며, 표면은 주로 천체 충돌로 인한 분화구로 덮여 있습니다. 이전에는 세레스의 작은 크기로 인해 초기에는 지질학적 활동이 일어나지 않는 죽은 천체로 여겨졌으나, Dawn의 탐사 결과 베스타와는 달리 내부 프로세스가 세레스의 표면을 계속 형성하고 있음이 밝혀졌습니다. 지각 내에 다량의 물 얼음이 존재하고, 최근에 일어난 것으로 보이는 지질학적 표면 변화의 증거로 볼 때 세레스 내부에는 액체 상태의 물 층이 존재할 가능성이 있습니다.  이 가상의 상층은 '바다'라고 불립니다. 만약 그러한 액체 물층이 존재한다면, 유럽에서 존재가 이론화되어 있는 바다와 마찬가지로 암석질 핵과 얼음 맨틀의 중간에 존재한다고 가정학 있습니다. 용질, 암모니아, 황산 및 기타 부동액 화합물이 물에 녹아 있다면 바다가 존재할 것 가능성이 더 높아집니다.