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美 연구팀 "트리톤 포획 과정서 위성계 대부분 파괴…네레이드 궤도 뒤틀려"
(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 해왕성의 위성 중 세 번째로 큰 네레이드(Nereid)는 태양계 외곽 카이퍼대(Kuiper belt)에서 포획된 천체가 아니라 해왕성 주변에 원래 형성된 위성 중 하나일 가능성이 크다는 연구 결과가 나왔다.
1989년 8월 24일 보이저 호가 촬영한 해왕성의 위성 네레이드(Nereid). [NASA 제공. AP 연합뉴스 자료사진]
미국 캘리포니아공대(Caltech) 매슈 벨랴코프 박사팀은 21일 과학저널 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에서 제임스 웹 우주망원경(JWST) 관측과 궤도 시뮬레이션 연구 결과 네레이드는 해왕성의 원래 위성계에서 온전한 상태로 살아남은 유일한 위성일 가능성이 큰 것으로 나타났다고 밝혔다.
연구팀은 "네레이드의 근적외선 스펙트럼은 지금까지 JWST로 관측된 어떤 카이퍼대 천체나 불규칙 위성과도 다르다"며 "네레이드는 포획된 천체라기보다 원래 해왕성 주변에 형성된 위성이었을 가능성이 더 크다"고 말했다.
해왕성은 태양계 거대 행성 중 온전한 규칙 위성계가 남아 있지 않은 유일한 행성이다. 가장 큰 위성인 트리톤(Triton)은 전체 위성계 질량의 99% 이상을 차지하고, 해왕성 반지름의 약 14배 거리에서 해왕성 자전 방향과 반대로 도는 역행 궤도를 돌고 있다.
과학자들은 이런 특이한 궤도 특성 때문에 트리톤이 원래 해왕성에서 형성된 천체가 아니라 카이퍼대에서 포획된 천체로 보고 있으며, 트리톤이 포획되는 과정에서 기존 해왕성 위성계가 대부분 파괴됐을 것으로 추정해왔다.
이심률이 매우 큰 찌그러진 타원 궤도를 돌고 있는 네레이드 역시 그동안 카이퍼대에서 해왕성에 포획된 불규칙 위성 중 하나로 분류돼 왔다.
하지만 네레이드는 해왕성 불규칙 위성 중 가장 크고 해왕성에 가장 가까우며, 궤도 이심률도 가장 클 뿐 아니라 반사율(albedo)이 일반적 카이퍼대 천체보다 높고 더 푸른색을 띠는 등 다른 불규칙 위성들과 비교해 독특한 특징을 가지고 있다.
연구팀은 이 연구에서 제임스 웹 우주망원경 근적외선 분광기(NIRSpec)로 네레이드를 관측, 표면 구성 물질을 분석하고, 트리톤이 카이퍼대에서 현재의 안정된 궤도로 진화하는 과정을 시뮬레이션해 위성들의 현재 궤도가 형성된 과정을 추적했다.
그 결과 네레이드는 표면이 풍부한 물 얼음(H₂O ice)으로 덮여 있고 다른 카이퍼대 천체들과는 다른 독특한 분광 특성을 보이는 것으로 나타났다.
특히 네레이드는 카이퍼대 천체들에서 흔히 나타나는 유기물 흡수 특징이나 일산화탄소(CO) 얼음 특징이 없었고, 물 얼음 흡수 신호는 더 강했다.
또 트리톤의 포획 뒤 현재 궤도로 진화하는 과정을 시뮬레이션한 결과, 트리톤의 궤도가 변화하면서 기존 해왕성 주변에 형성됐던 위성들을 강하게 교란해 일부를 현재 네레이드와 비슷한 불규칙 궤도로 밀어낼 수 있는 것으로 나타났다.
시뮬레이션에서는 트리톤이 기존 위성계를 대부분 제거하고 살아남으면서 일부 위성이 네레이드와 비슷한 불규칙 궤도에 남는 경우가 약 20%로 나타났다
연구팀은 "이 연구는 네레이드가 해왕성의 원래 위성계 중 유일하게 온전한 상태로 남은 위성임을 시사한다"며 "프로테우스(Proteus) 같은 가장 안쪽 위성들은 트리톤이 포획될 때 파괴된 위성들이 다시 뭉쳐 형성됐을 가능성이 크다"고 말했다.
◆ 출처 : Science Advances, Matthew Belyakov et al., 'Nereid as a regular satellite of Neptune', www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeb1429
scitech@yna.co.kr
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