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‘인터스텔라 혜성’ 지구 접근 직전에 촬영하다 - KMTNet 망원경으로 외계에서 날아온 혜성 보리소프(2I/Borisov) 추적 2020-01-20

■ 태양계 밖에서 온 소행성과 혜성의 존재는 최근까지 이론으로만 예측돼 왔다. 지난 2017년 10월 하와이대학 연구진이 외계 소행성 ‘오우무아무아(‘Oumuamua)’를 발견한 이후, 2019년 8월에는 우크라이나 출신 아마추어천문가 게나디 블라디미로비치 보리소프(Gennadiy Vladimirovich Borisov)가 보리소프(2I/Borisov)’ 혜성을 발견해 처음 외계 혜성의 존재를 입증했다. 


■ 한국천문연구원은 지난 2019년 12월 20일 16시 4분부터 17시 19분까지(한국시간 기준) 약 1시간 15분 동안 산하 외계행성탐색시스템(KMTNet) 칠레관측소 망원경으로 보리소프 혜성을 촬영해 그 물리적 특성을 밝히기 위한 국제 공동관측에 참여했다.


□ 보리소프 혜성은 2019년 12월 8일 태양에서 가장 가까운 근일점을, 그로부터 20일 후인 12월 28일에는 지구에서 가장 가까운 근지점을 통과했다. 이번 관측은 근일점과 근지점 사이인 12월 20일 이뤄졌다.


□ 보리소프 혜성은 촬영 당시, 지구로부터 약 2억 9천만km, 즉 지구-태양거리의 1.95배 떨어져 있었다. 이 때 혜성의 밝기는 16.5 등급으로, 0등급별인 직녀성보다 약 400만 배 만큼 어두웠다.  


□ 한국천문연구원은 국제소행성경보네트워크(IAWN)가 주관하는 보리소프 혜성 국제 공동관측 캠페인에 참여하고 있다. 이를 통해 연구원 측은 미국 로웰천문대와 같은 해외 연구기관들과 자료를 공유한다. 이 관측 캠페인에는 허블우주망원경(HST)과 NASA 화성탐사선 메이븐(MAVEN) 외에 외국의 아마추어천문가들도 기여하고 있다.


■ 천문학자들은 앞으로 세계 최대 광시야 탐사망원경이 될 베라루빈천문대(VRO) 8.4m 망원경을 이용해 오우무아무아, 보리소프와 같은 외계 소행성과 혜성을 1년에 1개꼴로 찾을 수 있을 것이라 예측하고 있다.

   *VRO: 지구위협소행성에서 암흑물질, 우주의 진화와 같은 연구주제를 망라하는 구경 8.4m급 관측시설로, 오는 2022년 가동을 시작한다. VRO는 칠레 쎄로 파촌(Cerro Pachon)에 건설 중이며, 미국국립연구재단(NSF), 미국 대학천문학연구연합(AURA), 미국 에너지부(DOE), LSST 연합(LSSTC) 외에 여러 나라의 대학, 연구기관들이 건설과 운영에 참여한다. 현재 한국천문연구원에서도 VRO 참여를 추진하고 있다. VRO의 이전 이름은 거대광시야탐사망원경(LSST, Large Synoptic Survey Telescope)이


□ 그러나 이러한 외계 천체들은 대부분 태양에서 멀리 떨어져 있으며 대체로 명왕성 궤도 밖에 있을 것으로 예측된다. 일반적으로 혜성은 목성보다 먼 6천문단위(약 9억km) 근방에서 코마와 꼬리가 나타나 밝아지기 시작한다. 이처럼 가까운 거리에 들어오는 외계 천체는 극히 일부에 지나지 않아 발견할 확률은 대단히 낮다고 추정하고 있다.


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그림 1. 보리소프 혜성의 합성영상 1


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그림 2. 보리소프 혜성의 합성영상 2


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그림 3. 보리소프 혜성의 등광도곡선 영상


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그림 4. 보리소프 혜성의 궤도(2019년 12월 20일)


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그림 4-1. 보리소프 혜성(2I/Borisov)의 궤도 (2020년 1월 20일)


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그림 5. 오우무아무아 소행성의 궤도 (2020년 1월 20일)


[참고 자료]

1. 보리소프 혜성 2I/Borisov
■ 소행성 오우무아무아(‘Oumuamua)에 뒤이어, 태양계 밖에서 온 것으로 확인된 첫 외계 혜성. 지난 2019년 8월 30일 우크라이나 출신 아마추어천문가 게나디 보리소프(Gennadiy Vladimirovich Borisov)가 처음 찾아냈다. 이번 발견은 미국 천문학자인 클라이드 톰보(Clyde Tombaugh)가 명왕성을 처음 검출한 사건에 비유되기도 한다. 

□ 국제천문연맹(IAU, International Astronomical Union) 산하 소행성센터(MPC, Minor Planet Center)는 이 혜성에 C/2019 Q4 (Borisov)라는 임시번호를 붙였으며, 곧이어 외계에서 왔다는 사실을 확인하고 2I/Borisov로 변경했다. 두 번째 발견된, 외계에서 방문한 천체로, 외계 기원이 밝혀진 첫 혜성(interstellar comet)이라는 뜻이다. 
 
□ 보리소프는 발견 직후 관측자료가 부족해, 한 때 근지구소행성으로 오인됐지만, 이후 자료가 축적돼 2019년 9월 11일 IAU는 이 천체가 혜성이라는 사실을, 9월 24일에는 외계에서 왔다는 것을 밝혔다.
※ 근지구소행성(NEA, Near Earth Asteroid): 궤도 운동 중 태양까지의 최소거리(근일점 거리)가 1.3AU(약 1억 9천 5백만km) 보다 작아 지구 공전궤도 근처에 분포하는 천체

□ 보리소프는 극단적인 쌍곡선 궤도를 따라 운동하며, 궤도이심률이 3.36에 달한다. 태양계에는 이처럼 궤도이심률이 큰 천체가 없다. 지금까지 발견된, 쌍곡선 궤도를 따라 움직이는 300개 넘는 혜성은 궤도이심률이 1.05보다 작고, 오우무아무아도 1.2에 지나지 않았다. 보리소프는 초속 32.2km로 태양계에 진입했는데, 이처럼 빠른 속도는 외계 천체 외에는 가질 수 없다. 참고로, 지난 2012년 태양권을 벗어나 성간공간에 진입한 보이저 1호는 비행속도가 초속 16.9km다.
※ 궤도이심률: 원 궤도에서 얼마나 벗어났는가를 나타내는 수치. 원의 이심률은 0이며, 타원은 0에서 1 사이, 포물선은 1, 쌍곡선은 1 이상이다. 이처럼 이심률 값이 극단적인 천체의 경우, 태양 중력에 속박되지 않았다는 것을 알 수 있다. 

□ 보리소프 발견 직후, 혜성 본체에 해당하는 핵 주변을 둘러싼 기체, 즉 코마(coma) 때문에 천문학자들은 핵의 크기를 정밀 측정하는 데 어려움을 겪었다. 현재 천문학자들이 추정하는 보리소프 혜성의 핵 크기는 0.7km에서 3.3km로 불확실성이 크다.

□ 천문학자들의 관측에 따르면 이 혜성에서는 탄소와 산소, 시안가스 등이 검출됐으며, 물이 직접 발견되지 않았지만, 다른 원자들과 분자들이 분출되는 것으로 미루어 상당히 많은 양의 물이 뿜어져 나오는 것으로 보인다. 천문학자들은 이로부터 보리소프의 성분이 핼리혜성 같은 태양계 혜성들과 비슷하다고 결론 내렸다.

□ 천문학자들의 관측에 따르면 보리소프가 방출하는 먼지는 초당 2kg, 물은 초당 60kg으로 알려졌다. 이 혜성에서 물질이 분출되기 시작한 것은 2018년 11월 21일과 12월 13일 사이라고 추정하고 있다.

□ 이 혜성은 발견 직후 북반구 하늘에 떠 있다가 2019년 11월 중순 남쪽 하늘로 넘어가 한국에서는 2020년 1월 이후 볼 수 없게 됐다. 2019년 12월 8일에는 근일점을, 12월 28일 지구로부터 가장 가까운 지점을 통과했으며, 적어도 올해 9월까지는 천문학자들이 이 혜성을 관측할 수 있을 것으로 내다보고 있다.


2. 소행성 오우무아무아 1I/‘Oumuamua

■ 외계에서 방문한 것으로 확인된 첫 번째 천체. 2I/Borisov와는 달리 소행성이라고 밝혀졌다. 2017년 10월 19일, 미국 하와이대학의 팬-스타즈팀이 발견했다. ‘오우무아무아’로 읽으며 1I/‘Oumuamua와 같이 표기한다. 국제천문연맹에서 이름을 붙였는데, 하와이 원주민 언어로 ‘먼 곳에서 온 정찰병’을 뜻한다.   

   ※ 팬-스타즈(Pan-STARRS, Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System): 미국 하와이대학 천문학연구소와 MIT 링컨연구소, 미 공군의 마우이 고성능 컴퓨팅센터(MHPCC, High Performance Computing Center)에서 공동으로 설립, 운영 중인 관측소. 하와이 마우이섬에 있으며, 지름 1.8m인 2대의 탐사망원경에 14억 화소 CCD 카메라를 탑재해 근지구소행성을 발견, 추적하는 탐사관측 연구 전용으로 쓰고 있다.     

□ 오우무아무아가 발견된 것은 2017년 9월 9일 근일점을 지난 이후 이미 40일이 경과한 뒤였다. 이 소행성은 발견됐을 당시 지구로부터 3천4백만km 만큼 떨어져 있었는데, 이것은 지구-달거리(38만km)의 약 89배에 해당한다.

□ 발견 직후 국제천문연맹(IAU) 산하 소행성센터(MPC)는 그 특이한 궤도 때문에 혜성이라고 오인해 C/2017 U1로 명명했다. 여기서 ‘C’는 혜성을 뜻한다. 이어 이 천체가 외계에서 왔다는 사실을 밝히고 1I/‘Oumuamua로 이름을 변경했다. 이것은 첫 번째 발견된, 우리 태양계 밖에서 방문한 천체를 뜻하며, 외계 기원이 확인된 최초의 소행성(interstellar asteroid)으로 기록됐다. 

□ 오우무아무아는 크기가 작은데다가, 이미 지구로부터 멀어졌을 때 검출됐기 때문에 표면이 어떤 물질로 이뤄졌는지 알 수 없었다. 따라서 천문학자들은 이 소행성의 크기를 정밀하게 측정하기가 어려웠다. 현재 밝혀진 바에 따르면 오우무아무아의 크기는 약 70m일 것으로 추정된다.

□ 오우무아무아의 궤도이심률은 보리소프에 비해 훨씬 작은 1.2이며, 태양계 진입 속도는 초속 26.3km(시속 94,800km)에 달한다. 그러나 2017년 9월 9일 근일점에서는 초속 87.7km라는 무서운 속도로 질주했다. 이 때 태양과 거리는 0.255 천문단위, 즉 3천8백만km 떨어져 있었다. 이것은 수성의 근일점 거리보다도 17% 더 태양에 가깝다.

□ 오우무아모아가 지구에서 가장 가까운 지점을 통과한 것은 2017년 10월 14일이었으며, 이 때 지구와는 0.1616 천문단위(2천4백만km) 떨어져 있었다. 이어 2017년 11월 1일에는 화성 궤도, 2018년 5월에는 목성 궤도, 그리고 2019년 1월에는 토성 궤도를 지나갔으며, 2022년에는 해왕성 궤도 밖으로 탈출한다.

□ 현재 오우무아무아는 가을철 별자리인 페가수스자리 방향을 향해 날아가고 있다. 그러나 이 소행성이 어디서 출발했는지에 관해서는 아직 이견이 많다.         

3. 외계행성탐색시스템 KMTNet

□ 한국천문연구원에서는 지구형 외계행성을 찾기 위해 지난 2014년 5월부터 2015년 5월 사이에 칠레 소재 CTIO(Cerro Tololo Inter-American Observatory), 남아프리카공화국의 SAAO(South African Astronomical Observatory), 호주의 SSO(Siding Spring Observatory) 등 남반구 3개 관측소에 동일한 KMTNet(Korea Microlensing Telescope Network) 망원경 3대를 설치했다. 이들 3개 관측소는 경도 상으로 약 8시간 떨어져 칠레에서 관측이 끝날 즈음 호주에서 관측이 시작되고, 호주에서 관측이 끝나면 뒤이어 남아공에서 관측을 이어받는다. 따라서 24시간 하늘을 감시할 수 있는 세계 최초의 지상관측 네트워크다.

□ 한국천문연구원은 2015년 말부터 외계행성 탐색 외에 초신성, 은하, 소행성, 혜성 관측 같은 다양한 연구목적을 위해 KMTNet을 사용하고 있다. KMTNet은 24시간 별이 지지 않는 남반구 관측 네트워크로 보름달 16개가 들어가는 넓은 하늘을 한 번에 촬영하는 카메라를 탑재해, 외계행성의 발견과 특성연구는 물론, 소행성과 혜성 연구에도 최적화돼 있다.

※ KMTNet에 활둉되는 전하결합소자(CCD, Charge-Coupled Device) 카메라는 8천백만 화소급 CCD 칩 4개를 가로, 세로 각 2개씩 배열, 3억 2천 4백만 화소를 제공하며 지난 2015년 처음 설치됐을 당시에 세계에서 5번째에 드는 천체관측용 첨단 카메라였다.

※ 외계행성 탐색시스템 홈페이지 : http://kmtnet.kasi.re.kr/kmtnet/


4. 국제소행성경보네트워크 IAWN

□ UN이 승인한 국제협력 단체. 근지구천체의 발견과 추적, 궤도계산, 충돌확률 예측, 경보 발령, 모델링, 잠재적 충돌위협과 효과에 관한 과학연구를 수행하는 각국 연구기관과 조직들로 구성됐다. UN 산하 평화적 우주이용 위원회(COPUOS, Committee on the Peaceful Uses of Outer Space)에 참여해 충돌 대응방안을 논의한다. IAWN은 International Asteroid Warning Network의 영문 첫머리 글자다.

□ 근지구천체의 발견과 추적, 물성 규명, 지구충돌 위협평가 및 소통, 대외공표를 위한 국제 협력체계를 구축, 유지하며 매년 2-3월 개최되는 COPUOS 과학기술소위원회 기간에 만나 성과와 계획을 공유하고 향후 협력방안을 모색한다.

□ 한국천문연구원은 한국 대표 기관으로 지난 2016년 2월 가입했으며, 이밖에 NASA, 유럽우주국(ESA), 유럽남천문대(ESO) 등 16개 국가와 기관이 참여하고 있다. 


동영상 1. 보리소프 혜성의 관측 동영상 (별 중심)
보리소프 혜성(2I/Borisov)의 관측 동영상. 2019년 12월 20일 16:04;17부터 17:18:54까지 촬영 (KST). 한국천문연구원 산하 KMTNet 칠레관측소 1.6m 망원경 활용. 배경 별들을 기준으로 혜성이 움직이는 모습을 시간 순서대로 나타낸 영상
- 동영상 링크: http://210.110.233.66:8081/api.link/3d_baLwIE77eQ-YM_g~~.gif

동영상 2. 보리소프 혜성의 궤도 동영상
보리소프 혜성(2I/Borisov)의 궤도 동영상. 주요 행성들의 위치와 보리소프 혜성의 궤도상 위치를 표시함  
- 동영상 링크: http://210.110.233.66:8081/api.link/3d_baLwIE7DeQOQM_g~~.mp4

동영상 3. 오우무아무아 소행성의 궤도 동영상
오우무아무아(1I/‘Oumuamua)의 궤도 동영상. 주요 행성들의 위치와 오우무아무아의 궤도상 위치를 표시함
- 동영상 링크: http://210.110.233.66:8081/api.link/3d_baLwIErneTeUM_g~~.mp4

KMTNet 망원경 사진 및 동영상
- KMTNet 사진
: http://210.110.233.66:8081/api.link/3d_baL0NGbneQeIC_A~~.zip
- 동영상 링크 
  KMTNet 망원경의 구동 동영상
  https://youtu.be/NzSVC_goRJA
  KMTNet 칠레, 남아공, 호주 관측소의 돔 내, 외부 CCTV 동영상
  https://youtu.be/nAKjVZKNYnk
  KMTNet를 배경으로 촬영한 밤하늘 동영상
  https://youtu.be/ler0sIGJ_Go


※ 보다 자세한 자료는 첨부 파일을 참고하십시오. 



[문의]

☎ 042-865-3251, 우주과학본부 문홍규 박사

☎ 042-869-5838, 우주과학본부 정안영민 박사 

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