수천 년 동안, 천문학자들은 혜성이 지구의 가까이로 다가와 밤하늘을 밝히는 것을 지켜봐 왔습니다. 시간이 흐르면서, 이러한 관측은 많은 질문으로 이어졌습니다. 이 혜성들은 모두 어디서 온 것일까요? 혜성은 표면 물질이 태양에 접근할 때 기화하면서 그들의 유명한 혜성 꼬리를 형성하는데, 그들은 분명 대부분의 생애동안 존재했던 머나먼 곳에서 왔을 것입니다.
시간이 흐르면서, 과학자들은 대부분의 혜성들이 왔다고 여겨지는 태양과 행성 너머 멀리에, 얼음 물질과 암석의 큰 구름이 존재한다는 이론을 이끌어냈습니다. 네덜란드의 천문학자 얀 오르트의 이름을 따서 오르트 구름으로 불리는 이 구름의 존재는 사실 아직 입증되지 않았습니다. 하지만 천문학자들은 그곳에서 왔다고 믿어지는 많은 장단기 혜성들로부터 오르트 구름의 구조와 구성에 대해 많은 것을 배웠습니다.
정의
오르트 구름은 이론적으로 10만 AU(천문거리)의 거리에서 태양을 둘러싸고 있는 것으로, 주로 얼음으로 된 미행성들로 이루어진 구형의 구름입니다. 이것은 태양계와 태양계 너머의 성간 공간에 위치하고 있다고 여겨집니다. 오르트 구름은 카이퍼 벨트나 산란 분포대처럼 해왕성 너머 천체들을 축적하고 있지만, 그 둘보다 태양으로부터 수천 배 이상 더 멀리 떨어져 있습니다.
1932년 에스토니아 천문학자 에른스트 외픽은 장주기 혜성이 태양계의 가장 바깥 가장자리에 있는 궤도를 도는 구름층에서 온다고 가정했습니다. 이 개념은 1950년, 장주기 혜성의 행동을 설명하기 위해 얀 오르트가 오르트 구름 가설을 정리하여 발표했습니다. 비록 오르트 구름은 직접적인 관찰을 통해 증명되지는 않았지만, 오르트 구름의 존재는 과학계에서 널리 받아들여지고 있습니다.
구조 및 구성
오르트 구름은 태양으로부터 2,000~5,000 AU에서 50,000 AU까지 뻗어 있지만, 일부 추정에 따르면 외측 가장자리는 10만~20만 AU까지 뻗어 있습니다. 이 구름층은 2만~5만 AU의 둥근띠형 바깥 오르트 구름과 2천~2만 AU의 원반형 내부 오르트 구름으로 구성되어 있는 것으로 여겨집니다.
바깥 오르트 구름은 1 km보다 큰 수조 개의 천체와 직경 20 km 정도되는 수십억 개의 천체를 가지고 있을 수 있습니다. 즉, 오르트 구름 내의 천체들은 하나하나의 크기가 매우 작은 먼지나 얼음 조각들에 불과합니다. 총 질량은 알려져 있지 않지만 핼리 혜성이 바깥 오르트 구름 천체의 전형적인 모습을 나타낸다고 가정할 때, 이 혜성들의 총 질량은 대략 3×10²⁵ kg 또는 지구 5개 정도입니다.
과거 혜성의 분석에 기초하여, 오르트 구름 물체의 대부분은 물, 메탄, 에탄, 일산화탄소, 시안화수소, 암모니아와 같은 얼음 휘발성 물질로 구성되어 있음을 알 수 있습니다. 오르트 구름에서 기원한 것으로 생각되는 소행성의 출현은, 그 구성이 1~2%의 소행성으로 이루어져 있다는 이론적 연구를 촉발시켰습니다. 소행성들의 질량 추정치는 약 지구 380개에 달했지만, 장주기 혜성의 크기 분포에 대해 향상된 지식을 갖춤으로써 더 낮은 추정치를 제시하게 되었습니다.
기원
오르트 구름은 약 46억 년 전에 태양 주위에 형성된 원래의 원시 행성계 원반의 잔해로 생각됩니다. 오르트 구름에 관해 가장 널리 받아들여지는 가설은, 천체들이 처음에는 행성과 소행성들을 형성했던 것과 같은 과정의 일부로 태양에 훨씬 더 가까이 생성되었지만, 목성과 같은 젊은 가스 거성들과의 중력 상호작용으로 인해 그것들이 극도로 긴 타원형 또는 포물선 궤도로 분출되었다는 것입니다.
그러나 NASA의 최근 연구는, 오르트 구름의 많은 천체들이 태양과 그 주변 별들 사이에서 형성되고 멀어지는 물질들이 교환되면서 나오는 산물이라는 것을 암시합니다. 또한 오르트 구름의 대다수의 천체들은 태양과 가까운 곳에서 형성되지 않았을 것으로 추측됩니다.
알레산드로 모르비델리는 오르트 구름의 진화에 대한 시뮬레이션을 태양계의 시작부터 현재까지 수행해봤습니다. 이러한 시뮬레이션을 통해, 근처의 별과 은하 조수와의 중력 상호작용이 혜성 궤도를 좀 더 원형으로 만들었음을 알 수 있습니다.
탐색
오르트 구름은 카이퍼 벨트보다 훨씬 더 멀리 있기 때문에, 그 지역은 관측 및 탐험되지 않았고 대부분 기록되지 않은 채로 남아 있었습니다. 보이저 1호가 안쪽 오르트 구름의 경계에 도달하는 것이 2310년 쯤이며, 바깥 오르트 구름까지 완전히 벗어나기 위해서는 대략 3만년의 시간이 소요될 것으로 보고 있습니다. 그러나 2025년경에는 탐사선의 방사성 동위원소 열전 발전기가 더 이상 충분한 전력을 공급하지 못할 것이기에, 행성간 우주 탐사선들 중 가장 빠르고 먼 보이저 1호는 오르트 구름에 대한 어떠한 정보도 제공하지 못할 것 같습니다. 현재 태양계를 탈출하고 있는 보이저 2, 파이오니어 10, 11, 뉴 호라이즌스 등 나머지 4개의 탐사선도 오르트 구름에 닿으면 작동하지 않게 될 것입니다.
오르트 구름을 탐험하는 것은 많은 어려움을 야기하는데, 그 대부분은 오르트 구름이 지구에서 믿을 수 없을 정도로 멀다는 사실에서 비롯됩니다. 로봇 탐사선이 실제로 그곳에 도달하여 그 지역을 본격적으로 탐사하기 시작할 때쯤이면 지구상에서는 수세기가 지나갔을 것입니다. 애초에 그것을 보냈던 사람들은 오래 전에 죽었을 뿐만 아니라, 인류는 그 사이에 훨씬 더 정교한 탐사선이나 심지어 유인 우주선을 발명했을 가능성이 높습니다.
