타원형의 하우메아: 우주에서 가장 빠르게 회전하는 행성

하우메아 고리

하우메아는 태양계의 카이퍼 벨트에 위치한 독특한 타원형 왜소행성입니다. 이 글에서는 하우메아의 발견과 작명, 형태와 크기, 공전과 자전, 고리, 위성, 물리적 특징, 대기에 대해 자세히 알아보겠습니다. 이를 통해 하우메아가 왜 과학자들의 관심을 받고 있는지 이해할 수 있을 것입니다.

1. 하우메아 발견과 이름의 유래

하우메아 발견의 역사

하우메아는 2003년 12월 28일 미국의 팔로마 천문대에서 처음 발견되었습니다. 하지만 공식 발표는 2005년에 이루어졌습니다. 발견 당시에는 단순히 새롭게 발굴된 외곽 천체 중 하나로 여겨졌지만, 이후 연구를 통해 그 독특한 형태와 빠른 자전 속도로 인해 주목받기 시작했습니다.

하와이 신화에서 이름을 유래

하우메아라는 이름은 하와이 신화의 대지와 출산의 여신에서 따온 것입니다. 하우메아는 하와이 섬의 창조 신화에서 중요한 인물로, 다산과 풍요를 상징합니다. 이 명명은 하우메아가 하와이의 마우나케아 천문대에서 많은 연구가 이루어진 것을 기념하기 위한 것입니다.

타원체 모양의 하우메아

2. 하우메아의 형태와 크기

타원체 모양

하우메아는 길쭉한 타원체 형태를 가지고 있습니다. 하우메아의 길쭉한 모양은 특이할 정도로 찌그러져 있으며, 이는 빠른 자전 속도 때문에 발생한 현상으로 이해되고 있습니다.

하우메아의 크기를 좀 더 구체적으로 살펴보면, 다음과 같은 값을 가지는 것으로 알려져 있습니다:

• 장축(Axis a): 약 2,322 km
• 단축(Baxes b, c): 약 각각 1,700 km, 1,138 km

이 수치는 하우메아가 찌그러진 타원체 모양을 하고 있으며, 자전 속도가 매우 빠르다는 것을 반영하는데, 이는 일부 행성이나 위성에서 보기 힘든 특징입니다.

크기 비교

하우메아의 크기는 왜행성 중에서 큰 편에 속합니다. 명왕성과 비교했을 때, 하우메아의 지름과 질량은 다음과 같이 차이가 있습니다:

하우메아의 크기:

• 평균 지름: 약 1,960 x 1,518 x 996 km (세 축을 기준으로 한 평균 값: 약 1,400 km)
• 질량: 약 4.01 x 10^21 kg (지구 질량의 0.00067배)

명왕성의 크기:

• 평균 지름: 약 2,377 km
• 질량: 약 1.31 x 10^22 kg (지구 질량의 0.00218배)

이를 통해 하우메아는 명왕성보다 지름은 조금 작지만, 형태적으로 더 찌그러져 있으며, 질량은 명왕성의 약 30%로 상대적으로 훨씬 가벼운 천체임을 알 수 있습니다. 이는 하우메아가 덜 조밀하고, 구성 물질이 상대적으로 덜 밀집되어 있거나, 내부 구조가 다를 가능성을 시사합니다.

부피와 비교

• 하우메아의 부피:약 2.7 x 10^9 km³ (대한 비교적 큰 왜행성으로 간주됨)
• 명왕성의 부피: 약 6.39 x 10^9 km³ (하우메아의 약 2.4배 큼)

하우메아의 장축은 명왕성의 지름과 유사하지만, 전체 부피와 질량에서 명확한 차이가 나타납니다. 이는 하우메아의 빠른 회전에 의해 찌그러진 형태와 낮은 밀도로 인한 것입니다.

하우메아의 공전궤도

3. 하우메아의 공전과 자전

공전 주기

하우메아는 태양 주위를 약 284년 주기로 공전합니다. 이는 그가 해왕성의 궤도와 공명 상태에 있다는 것을 의미합니다. 공명 상태란 두 천체가 서로의 중력적 영향을 주고받으며 일정한 궤도 비율을 유지하는 것을 말합니다.

자전 속도

하우메아는 약 4시간마다 한 바퀴를 자전합니다. 이는 태양계 내에서 가장 빠른 자전 속도를 가진 천체 중 하나로, 이로 인해 하우메아는 타원체 형태를 유지하게 되었습니다. 자전 속도가 이처럼 빠른 이유는 과거에 큰 충돌 사건이 있었기 때문일 가능성이 높습니다.

4. 하우메아 고리

고리의 존재

하우메아는 고리를 가지고 있으며, 이는 왜행성 중에서는 매우 드문 특성입니다. 고리는 하우메아의 중심에서 약 2,287 km 떨어진 곳에 위치하고 있으며, 너비는 약 70 km입니다.

고리의 안정성

하우메아의 고리는 하우메아가 3번 자전할 때마다 고리의 입자가 1번 공전하는 궤도를 따라 움직입니다. 이러한 비율은 고리의 안정성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.

하우메아와 위성

5. 하우메아 위성

위성의 발견

하우메아에는 두 개의 위성이 있습니다. 첫 번째 위성 '히이아카(Hi'iaka)'는 2005년 1월 26일에 발견되었고, 두 번째 위성 '나마카(Namaka)'는 몇 달 후인 2005년 8월 30일에 발견되었습니다. 두 위성 모두 캘리포니아 공과대학교의 마이클 브라운(Michael E. Brown) 연구팀에 의해 발견되었습니다.

위성의 특징

히이아카 (Hi'iaka)

• 크기와 구성: 히이아카는 하우메아의 두 위성 중 큰 위성으로, 지름은 약 310 km입니다. 표면은 주로 얼음으로 이루어져 있으며, 이는 분광 분석을 통해 밝혀졌습니다. 이 분석 결과 히이아카의 표면에는 물의 존재를 시사하는 특성이 나타났습니다.
• 궤도: 히이아카는 하우메아의 중심으로부터 약 49,500 km 떨어진 거리에서 공전하고 있으며, 공전 주기는 약 49일입니다.
• 이름의 유래: 히이아카는 하와이 신화에서 하우메아의 딸로, 하와이 제도 창조와 관련된 여신입니다. 이러한 명명은 하우메아의 이름 유래와 맞물려 의미를 가집니다.

나마카 (Namaka)

• 크기와 구성: 나마카는 하우메아의 작은 위성으로, 지름은 약 170 km입니다. 나마카의 표면 구성에 대해서는 자세히 알려진 바가 적지만, 히이아카와 비슷한 성질을 가질 것으로 추정됩니다.
• 궤도: 나마카는 히이아카보다 하우메아에 더 가까운 궤도를 이루고 있으며, 하우메아로부터 약 25,657 km 떨어진 거리에서 공전합니다. 공전 주기는 약 18일입니다. 나마카의 궤도는 히이아카의 궤도와 달리 더 불안정하며 경사각이 있습니다.
• 이름의 유래: 나마카 역시 하와이 신화에서 하우메아의 자식으로, 바다의 영혼이나 물의 신을 의미합니다.

결정질 얼음 표면의 하우메아

6. 하우메아의 물리적 특징

밀도

하우메아의 평균 밀도는 2.6-3.3 g/cm³로 추정됩니다. 이는 카이퍼 벨트 천체 중에서도 상당히 높은 편에 속하며, 하우메아 내부가 주로 암석과 얼음으로 이루어져 있음을 시사합니다. 평균 밀도가 높다는 것은 하우메아의 내부가 비교적 조밀하게 구성되어 있다는 뜻입니다.

 

밀도가 높은 이유는 하우메아가 과거에 겪은 충돌 사건으로 인해 내부의 가벼운 물질은 날아가고, 무거운 암석과 얼음만이 남았기 때문일 수 있습니다. 이로 인해 하우메아는 주로 암석과 소량의 얼음으로 구성된 복합적인 내부 구조를 가지고 있는 것으로 추정됩니다.

표면 구성 

하우메아의 표면은 주로 결정질 얼음으로 덮여 있습니다. 이는 태양계 외곽의 다른 천체들과 비교할 때 독특한 특징으로, 하우메아가 과거에 겪은 열적인 사건을 나타낼 수 있습니다. 이러한 열적인 사건은 하우메아의 표면이 녹고 다시 얼어붙는 과정에서 결정질 구조를 형성하였을 가능성을 시사합니다.

• 결정질 얼음: 태양계 외곽 환경에서는 태양으로부터 매우 멀리 떨어져 있어 온도가 매우 낮습니다. 결정질 얼음은 물이 0 K에 가까운 극저온에서 매우 천천히 결정화되면서 형성됩니다. 표면의 밝기와 반사율이 높으며, 이는 광원인 태양 빛의 반사를 도와 하우메아를 더 밝게 보이게 만듭니다.
• 얼음의 분광 분석: 분광 분석 결과, 하우메아의 표면은 물 분자 이외에도 메탄과 암모니아 등의 휘발성 물질이 미량 포함된 것으로 나타났습니다. 이는 하우메아가 태양계 형성 초기의 원시 성운 물질을 간직하고 있을 가능성을 나타냅니다.

7. 하우메아의 대기

대기의 부재

하우메아는 대기가 거의 없는 상태로, 이는 여러 가지 이유가 복합적으로 작용한 결과입니다.

낮은 중력: 하우메아의 중력은 비교적 낮습니다. 이는 하우메아가 대기를 유지할 수 있는 필요한 중력적 구속력이 부족하다는 것을 의미합니다.

• 높은 자전 속도: 하우메아는 약 4시간마다 한 바퀴를 도는 매우 빠른 자전 속도를 가지고 있습니다. 이러한 빠른 자전은 아무리 약한 대기라도 유지할 수 없는 이유 중 하나입니다. 자전으로 인한 원심력은 가스분자가 하우메아의 중력장에서 해방되도록 만듭니다.
• 태양으로부터의 거리: 하우메아는 태양으로부터 매우 멀리 떨어져 있습니다. 먼 거리 때문에 태양 복사 에너지가 거의 도달하지 않아 표면 온도가 매우 낮습니다. 온도가 낮다는 것은 휘발성 물질이 승화를 통해 대기를 형성하기 어려운 환경임을 의미합니다.

따라서, 하우메아의 표면은 매우 차갑고, 대기가 없기 때문에 기상 또는 표면 변화가 거의 일어나지 않는 안정된 상태로 유지됩니다.  훈증된 가스가 거의 없고, 대기가 없기 때문에 하우메아의 표면 온도는 평균 약 -223°C로 매우 낮습니다. 이런 저온 환경에서 하우메아의 표면은 얼음으로 덮여 지속적으로 얼음 결정이 유지됩니다.

결론

하우메아는 태양계의 독특한 왜소행성 중 하나로, 그 형태와 자전 속도, 고리와 위성 등 다양한 특성을 통해 많은 연구 주제를 제공합니다. 하우메아의 독특한 특징들은 태양계 외곽의 천체들이 어떻게 형성되고 진화해 왔는지를 이해하는 데 중요한 단서를 제공합니다. 앞으로의 연구를 통해 하우메아에 대한 더 많은 정보가 밝혀질 것으로 기대됩니다.

 

[참고자료] 

NASA Solar System Exploration - Haumea Overview

Wikipedia - Haumea