해왕성 너머에 있는 왜소행성 주위의 미스터리한 고리 : 천문학-태양계 [한국창조과학회 자료실]

미디어위원회

2025-07-17

해왕성 너머에 있는 왜소행성 주위의 미스터리한 고리

(The mysterious rings around a trans-Neptunian dwarf planet)

by Michael J. Oard

천문학자들은 토성의 고리(rings of Saturn)에 항상 매력을 느껴왔다. 그들은 고리가 무엇으로 만들어졌는지 궁금해하던 것에서, 오늘날에는 고리의 나이를 궁금해하는 것으로 바뀌었다. 최근 일부 과학자들은 토성 고리가 동일과정설적 시간틀로 볼 때 1억 년 미만에서 약 4억 년 전으로 비교적 젊다고 추정했다.[1, 2, 3] 이 결과는 토성의 고리가 물의 얼음에서 시작되었다는 가정하에, 미세유성체의 유입 질량 흐름을 고리 내 오염물질의 추정 개수로 나눈 값에 기반하여 추정한 것이다.

태양계의 다른 고리들

과학자들은 목성, 천왕성, 해왕성과 같은 다른 가스형 행성들도 고리를 갖고 있다는 것을 발견했다. 고리들은 지름 250km인 센타우루스군의 커리클로(Chariklo)와, 해왕성 너머에서 태양을 공전하고 있는 지름 1,400km의 왜행성 하우메아(Haumea)를 포함하여, 외태양계의 일부 천체들을 둘러싸고 있다. 센타우루스군(Centaurs)은 목성과 해왕성 사이를 공전하는 작은 얼음 미행성체들이다. 이러한 모든 고리들은 로슈 한계(Roche limit)에 가깝거나, 로슈 한계 내에 있다. 로슈 한계는 조석력(tidal force)이 작은 천체를 찢을 수 있는 천체와의 거리이다(그림 1). 이 경우 조석력은 작은 천체의 중력보다 크다. 그러면 천체 주위를 입자들이 회전하기 시작하여, 고리를 형성한다. 로슈 한계는 큰쪽 천체 반지름의 약 2.5배 정도이다.

콰오아 둘레의 이상한 고리

콰오아의 고리는 고리 형성에 대한 동일과정설적 추측에 도전을 제기한다.

2021년에 '콰오아(Quaoar)'라는 이름의 해왕성 너머 왜행성(dwarf planet, 왜소행성) 주위에서 고리가 발견되었다. 이는 로슈 한계(그림 2)에서 훨씬 벗어나 있었다.[4, 5] 콰오아의 지름은 명왕성의 절반정도인 약 1,110km이다. 발견된 첫 번째 고리는 콰오아의 중심에서 4,057km 떨어져 있었으며, 로슈 한계 거리의 약 3배의 거리에 있었다. 로슈 한계는 콰오아의 중심에서 약 1,780km 거리로 평가되었다. 두 번째 고리는 2022년에 발견되었는데, 콰오아의 중심에서 2,520km 떨어져 있었으며, 여전히 로슈 한계 밖에 있었다.[6] 콰오아는 한 작은 위성 웨이워트(Weywot)를 갖고 있었는데, 직경이 80km이고, 콰오아 직경의 12배의 거리에서 공전하고 있다. 고리는 너무 좁아서 직접 볼 수는 없지만, 콰오아 근처를 지나가는 별의 빛이 고리 물질에 의해서 약간 가려지는 것이 여러 번 망원경을 통해 관측되면서 추론되었다. 더욱이, 고리 물질의 모양과 강도는 관측 결과에 따라 다양하게 나타났는데, 이는 토성과 해왕성의 고리처럼 고리의 불투명도가 길이에 따라 변함을 시사한다. 콰오아의 고리는 고리 형성에 대한 동일과정설적 추측에 의문을 제기한다.

그림 1. 큰쪽 천체에 접근할 때, 로슈 한계에 도달하여 붕괴되는 작은 2차 천체의 그림. (Image: Theresa Knott, Wikimedia | CC BY SA 3.0. Illustration of a disintegrating secondary celestial object.)

"그러나 콰오아의 고리가 있는 위치는 비교적 불투명한 고리들이 있는 위치와는 매우 다르기 때문에, 행성 고리의 표준 모델에 도전하고 있다."[7]

고리의 불투명도(opacity)는 고리의 밀도가 비교적 높고, 입자들이 서로 자주 충돌할 것임을 시사한다. 이러한 충돌은 입자들이 부서지거나, 서로 튕겨 나가거나, 서로 달라붙는 결과를 초래하는 것으로 여겨진다. 후자는 충돌 속도가 더 낮을 때 발생할 것으로 추정되고 있다. 충돌은 에너지를 소멸시키므로, 입자의 속도는 시간이 지남에 따라 느려질 것이다. 그러면 입자들은 위성과 같은 더 큰 천체로 뭉쳐질 것이다.

그림 2. 콰오아의 북극 위에서 바라본 콰오아-웨이워트 계(Quaoar-Weywot system)의 축척에 따른 다이어그램. 동적인 영역(공진 및 로슈 한계)의 반경은 점선 원으로 표시되어 있다. 웨이워트는 이 전망에서 반시계 방향으로 공전하고 있다. <Image: Nrco0e, Wikimedia | CC BY SA 4.0Diagram of the Quaoar, Weywot system>

동일과정설적 난제

수십억 년의 동일과정설적 시간을 고려할 때, 왜 고리가 합쳐져 위성이 되지 않았는가 하는 의문이 제기된다. 여러 가능성들이 있다. 하나는 다른 천체와의 충돌로 인해 파편이 발생했을 가능성이다. 파편이 다시 합쳐져 위성이 되는 데는 수십 년밖에 걸리지 않는다고 여겨지기 때문에, 가능성은 낮다고 할 수 있다. 그리고 이러한 추론은 작은 입자들이 어떻게 서로 결합하는 지에 대한 가설에 의존할 수 있다. 다른 가능성은 다음과 같다.

1. 입자들이 더 탄력적이어서 서로 튀어나갔다.

2. 입자가 너무 빨리 움직여 응집되지 않다.

3. 외부 중력은 어떻게든 응집된 입자를 분해했다.

4. 입자가 빠르게 더 큰 물체로 응집된다는 가설은 잘못된 것일 수 있다.

5. 콰오아와 웨이워트 사이에는 일종의 공명이 있어서, 입자가 응집되는 것을 방해했다(그림 2).

모르가도(Morgado) 등은 심지어 "로슈 한계 개념을 재검토해야 할 필요성"을 제안하기도 했는데, 로슈 한계는 물리학적으로 잘 뒷받침되는 것처럼 보이기 때문에, 이는 이상한 제안이다.

창조과학자들은 어떻게 반응할까?

창조과학자들은 콰오아의 이상한 고리를 설명하기 위해 여러 옵션들을 갖고 있다.

창조과학자들은 콰오아의 기묘한 고리를 설명하는데 여러 가능성을 제시하고 있다. 고리가 최근에 생성되었을 가능성이 있으며, 입자들의 빠른 응집을 설명하는 동일과정설적 가설은 결함이 있을 수 있다. 또 다른 가능성은 소행성이 한두 개의 위성에 충돌하여 입자가 다시 모일 충분한 시간이 없었다는 것이다. 태양계에 대한 동일과정설적 수수께끼들은 너무도 많다. 그리고 그중 많은 수수께끼들이 젊은 우주 창조론을 적용하면 해결될 수 있다는 점은 흥미롭다.[9, 10, 11]

Posted on CMI homepage: 6 May 2025

References and notes

1. Kempf, S., Altobelli, N., Schmidt, J., Cuzzi, J.N., Estrada, P.R., and Stama, R., Micrometeoroid infall into Saturn’s rings constrains their age to no more than a few hundred million years, Science Advances 9(eadf8537):1–6, 2023.

2. Ogasa, N., Saturn’s rings may be younger than thought - and disappearing, Smithsonian magazine, May 25, 2023.

3. Spencer, W., Saturn’s changing rings, J. Creation 37(3):6–8, 2023.

4. Morgado, B.E. et al., A dense ring of the trans-Neptunian object Quaoar outside its Roche limit, Nature 614:239–243, 2023.

5. Hedman, M.M., A planetary ring in a surprising place, Nature 614:232–233, 2023.

6. Pereira, C.L. et al., The two rings of (50000) Quaoar, Astronomy & Astrophysics 673(L4):1–14, 2023.

7. Hedman, ref. 5, p. 232.

8. Morgado et al., ref. 4, p. 241.

9. Psarris, S., What you aren’t being told about astronomy, vol. I—Our Created Solar System, creationastronomy.com, 2009.

10. Psarris, S., What You Aren’t Being Told About Astronomy, vol. II—Our Created Stars and Galaxies, creationastronomy.com, 2012.