정용환 기자
태양계 행성은 태양을 중심으로 타원형 궤도를 그린다. 이런 궤도에 대해 천문학자는 안정되어 있을 때도 있고 불안정할 때도 있다는 설을 내걸고 생각에 따라선 행성끼리 충돌도 있을 수 있다는 예측을 하고 있다.
지난 2009년 파리천문대 천문학자인 잭 라스칼은 태양계 모델을 구축해 시뮬레이션을 실시한 결과 수성 출발점을 1m 미만 범위로 변화시키면 1%라는 작은 확률로 수성 궤도가 변화해 곧 태양이나 금성에 충돌한다는 걸 발견했다.
태양계 궤도를 그리는 가장 단순한 모델에선 태양이 가하는 중력만 고려되고 있다. 이 모델에 있어선 안정된 궤도가 영원히 계속될 것으로 생각되고 있지만 행성 중력 등을 고려하면 다른 결과가 된다는 것.
라스칼이 발표한 시뮬레이션은 천문학적으로 중요했지만 수학적으로 입증되지 않았으며 완전히 정확하지는 않았다. 중력 같은 다양한 요소를 고려해 장기간에 걸쳐 행성 궤도를 검증하면 그야말로 수십억 시나리오가 나오고 비록 행성끼리 충돌이 발생한다는 예측이 나와도 이를 증명하는 건 쉬운 일이 아니다.
이런 예측을 연구하는 바르셀로나대학 연구팀이 150페이지가 넘는 논문 3개를 2023년 발표해 태양을 주회하는 행성 모델에서 불안정성이 필연적으로 발생한다는 걸 처음으로 증명했다. 18세기 진행된 초기 연구 이후 태양계 행성 궤도가 그리는 타원 크기와 모양은 안정되어 있다고 여겨졌지만 19세기 후반 앙리 푸앙카레가 단 3개 천체 밖에 없었지만 기존 방정식에 적용하는 건 불가능하다는 걸 발견하며 전제가 흔들렸다.
궤도가 불안정해질 수 있다는 걸 증명하려는 시도는 지금가지 이뤄져 왔지만 행성의 혼돈적 행도잉 크게 장기적 변화를 일으킨다는 걸 증명하는 건 쉽지 않았다. 이번 연구에서 연구팀은 작은 천체 2개가 태양 주위를 돌아다니는 행성계에서도 불안정성이 발생한다는 걸 보여줬다.
이를 통해 수학자는 궤도가 불안정해지는 초기 조건을 찾을 수 있었다고 한다. 불안정성이 발생하는 시뮬레이션에선 변화가 천천히 축적됐음에도 예상보다 빨리 발생하고 현실적인 행성계에 적용하면 변화는 수십억 년이 아니라 수억 년에 나타날 수 있다는 예측이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.
이원영 기자
