혜성이 스스로 브레이크를 밟았다

허블 우주망원경이 회전하던 혜성이 스스로 속도를 줄이고, 결국 반대 방향으로 회전하기 시작하는 장면을 포착했다. 이러한 현상이 관측된 것은 이번이 처음으로, 혜성이 우리가 생각했던 것보다 훨씬 더 역동적인 천체임을 보여주는 사례다.

이번 관측의 주인공은 '41P/터틀-자코비니-크레삭 혜성'이다. 이 혜성은 목성족 혜성으로 분류되는데, 카이퍼 벨트에서 태양계 안쪽으로 들어온 뒤 목성의 중력에 붙잡혀 약 5.4년 주기로 태양을 공전하고 있다.

회전 속도가 세 배나 느려지더니 다시 빨라졌다

41P 혜성의 가장 최근 근일점(태양에 가장 가까워지는 지점) 통과는 2022년 9월이었지만, 연구진이 분석한 것은 2017년의 관측 데이터다. 당시 허블 우주망원경을 비롯해 NASA의 닐 게렐스 스위프트 관측소, 애리조나 로웰 디스커버리 망원경 등 여러 장비가 이 혜성을 추적했다.

캘리포니아대학교 로스앤젤레스(UCLA)의 행성과학자 데이비드 주윗 교수가 미쿨스키 우주망원경 아카이브에서 허블 데이터를 발굴해 분석한 결과, 놀라운 사실이 드러났다. 2017년 3월 로웰 망원경 관측 당시 혜성의 자전 주기는 특정 값이었는데, 같은 해 5월 스위프트가 관측했을 때는 46~60시간으로 약 세 배나 느려져 있었다. 그런데 12월 허블 관측에서는 자전 주기가 약 14시간으로 다시 빨라져 있었다. 무엇이 이 혜성의 회전을 이토록 극적으로 변화시킨 것일까?

가스 분출이 '소형 추진체' 역할을 했다

주윗 교수는 근일점 통과 시 태양열에 의해 혜성 표면의 휘발성 가스가 팽창하며 분출되는 현상이 원인이라고 분석했다. 이 가스 제트는 혜성의 먼지를 함께 뿜어내면서 마치 작은 추진체처럼 작동했다.

"표면에서 분출되는 가스 제트가 소형 추진체 역할을 합니다"라고 주윗 교수는 설명했다. "이 제트들이 불균등하게 분포하면, 특히 작은 혜성의 경우 회전에 극적인 변화를 일으킬 수 있습니다."

41P 혜성의 핵은 지름이 약 1킬로미터에 불과해 허블로도 직접 형태를 분해할 수 없을 정도로 작다. 하지만 길쭉한 핵이 회전하면서 보여주는 밝기 변화(광도곡선)를 분석해 자전 속도를 측정할 수 있었다. 핵이 작기 때문에 가스 제트가 만들어내는 토크(비틀림 힘)에 더욱 취약했던 것이다.

회전 방향이 완전히 뒤집어졌다

주윗 교수는 관측 데이터를 종합해 혜성의 회전 방향 자체가 역전되었다고 결론 내렸다. 가스 제트가 처음에는 혜성의 기존 회전에 반대 방향으로 작용해 속도를 늦추었고(로웰과 스위프트 관측 사이의 감속), 이후에도 계속 같은 방향으로 힘을 가해 결국 회전을 멈추게 한 뒤 반대 방향으로 돌리기 시작했다는 것이다.

"회전하는 놀이기구를 밀어서 멈추게 하고 반대로 돌리는 것과 같습니다"라고 주윗 교수는 비유했다.

혜성의 수명이 다해가고 있는 것일까

이처럼 급격한 변화를 보이는 혜성은 드물다. 2001년 허블의 관측 데이터와 비교하면, 41P 혜성의 근일점 활동은 그 이후 약 10분의 1 수준으로 감소했다. 이 혜성이 현재 궤도에 진입한 지 약 1,500년이 지난 것으로 추정되는데, 반복되는 근일점 통과로 휘발성 얼음이 고갈되기 시작했을 가능성이 있다. 또는 가스 제트가 방출한 먼지가 다시 혜성 표면에 쌓여 단열층을 형성하고, 이것이 얼음이 태양열을 받아 승화하는 속도를 늦추고 있을 수도 있다.

앞으로의 전망 [AI 분석]

이번 관측은 혜성 연구에 새로운 시각을 제시한다. 혜성은 단순히 태양 주위를 도는 '더러운 눈덩이'가 아니라, 가스 분출이라는 자체 동력으로 회전까지 조절할 수 있는 역동적인 천체임이 입증됐다.

향후 41P 혜성의 다음 근일점(2028년경 예상)에서 추가 관측이 이루어진다면, 혜성의 회전 변화 패턴과 표면 활동의 장기적 추세를 더 정밀하게 파악할 수 있을 것으로 보인다. 또한 이러한 회전 역전 현상이 다른 소형 혜성에서도 발생하는지 확인하는 연구가 뒤따를 가능성이 높다.

혜성의 휘발성 물질 고갈 여부는 태양계 초기 물질의 보존 상태를 이해하는 데 중요한 단서가 될 수 있어, 향후 우주 탐사 미션의 표적 선정에도 영향을 미칠 수 있다.