명왕성 대기…점점 얇아지고 있다

지난 2018년 8월 15일 명왕성이 태양 옆에 통과했을 때 사우스웨스트연구소 SwRI 천문팀이 미국과 멕시코 여러 지점에서 태양에 겹치는 명왕성 대기를 관측했다. 이런 엄폐 현상에서 명왕성 내 희박한 대기를 측정하는 것으로 명왕성이 태양에서 멀리 떨어져가면서 대기가 표면에 다시 동결하는 걸 나타내는 강력한 증거를 발견했다고 한다.

연구팀은 1988년부터 명왕성 대기 변화를 관측하기 위해 엄폐 현상이 이용되고 있다며 2015년 무인 탐사선 뉴호라이즌이 명왕성을 접근 통과할 때 공기 밀도를 측정하고 명왕성 대기 밀도가 증가하고 있다는 걸 알 수 있었지만 2018년 관측에서 증가세가 끊어져 있는 걸 발견했다고 밝히고 있다.

보통 대기가 있는 천체에 의한 엄폐를 관측하면 빛이 대기를 통과할 때 어두워진다. 다시 말해 광량과 시간을 보면 엄폐 순간을 중심으로 U자형이다. 하지만 2018년 관측에선 엄폐 순간수간 광량이 부활하는 중앙 플래시 현상이 일어나고 W 모양 그래프를 그렸다고 한다. 관측된 중앙 플래시 현상은 지금까지 명왕성 관측에서 아무도 본 적이 없을 정도로 강한 것이었다고 한다. 이에 따라 명왕성 대기 밀도가 지금까지보다 작아졌다고 주장하고 있다.

지구와 마찬가지로 명왕성 대기 주성분은 질소다. 하지만 명왕성 대기 밀도는 표면에 질소 얼음 증기압에 좌우되며 표면 얼음 온도가 변화하면 대기 밀도도 크게 변화한다. 명왕성은 태양 주위를 도는데 248년이 걸리고 태양에서 명왕성까지 거리는 30천문단위에서 50천문단위까지 변화한다. 명왕성이 태양에서 멀어질수록 태양에서 명왕성에 도착하는 광량이 줄어들고 얼음 증기압이 내려가 이와 함께 대기 밀도도 감소하게 된다.

연구팀에 따르면 25년간 명왕성은 태양으로부터 멀어지고 있었지만 열적 관성에 의해 증기압과 대기량은 증가하고 있는 상태였다고 한다. 연구팀은 열적 관성은 비유하자면 태양이 모래사장 모래를 따뜻하게 해주는 현상과 같은 것이라며 모래사장을 내리쬐는 태양빛은 정오에 가장 강해지지만 모래 온도가 가장 더워지는 건 정오부터 더 느려진다. 명왕성이 태양으로부터 멀어지고 있음에도 불구하고 대기가 지속되는 건 이와 같은 원리다. 태양빛에 의해 데워진 명왕성 지표가 질소 얼음을 따뜻하게 유지해 기체 질소가 계속 솟고 있었기 때문에 대기 밀도가 증가하고 있다고 여겨진다고 설명하고 있다.

하지만 2018년경부터 마침내 명왕성 표면이 식기 시작했기 때문에 명왕성 대기가 얇아지는 것도 보인다고 한다. 연구팀은 이번 관측 데이터는 명왕성 지하층에 대한 이해를 높이고 열전도에서 명왕성 조성을 해명할 수 있을지도 모른다고 보고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.