태양계에 존재하는 소행성

소행성 위성, 혜성, 운석 등 태양계 내 소천체의 기원에 대해서는 여러 설이 제창되고 있지만 아직 확정적인 것은 없습니다. 그러나 이들 소천체의 기원도 다음과 같이 행성 형성 과정의 자연스러운 연장으로 이해할 수 있습니다.

 

태양계의 형성이 시작된 약 1000만년 때 소행성 영역에서는 행성 성장이 아직 충분히 진행되지 않고, 달 크기 이하의 원시 행성, 미행성이 다수 존재하고 있었습니다. 무렵 지구나 화성은 거의 현재의 크기까지 성장했습니다. 태양에 가까울수록 성장이 빠르기 때문입니다. 한편, 목성 영역에서도 원시 목성은 거의 성장을 완료하고 있습니다. 이 영역에서는 얼음 성분이 행성 재료 물질에 겹치면서 소행성 영역보다 먼 곳임에도 불구하고 재료 물질이 많기 때문에 행성 성장이 빠른 것입니다. 형성 개시 후 1000만~2000만년경 태양계 성운 가스는 갈수록 산일하고 행성 간 공간은 희박하게 됩니다. 마침 이 때 성장을 마친 거대한 행성인 목성은 소행성 영역까지 섭동(전설 어떻게)를 미칩니다. 목성에 휘둘린 데에 충돌 속도를 억제하던 성운 가스가 없어진 것으로 소행성 영역의 원시 행성이나 미행성의 속도는 점차 증대합니다. 그리고 상호 충돌은 격렬한 것으로 되어 성장과는 반대로 초 파편에 부서집니다. 이것이 화성과 목성 사이에 다수의 소천체가 존재 하는 결과를 초래할 것입니다.

 

당초 소행성대에는 현재 알려진 소행성의 수의 약 1000배 정도의 천체가 존재했다고 추측되고 있습니다. 그것들은 목성에서 긴 세월에 걸쳐섭동을 받아 궤도가 점차 결국 대부분은 목성에, 일부는 화성과 지구에 충돌하면서 오늘날에는 대부분이 상실되어 버렸다고 생각되고 있습니다. 현재도, 소행성대나 아폴로나 아모르형 소행성 무리에서 작은 파편이 날아오면서 지구 표면에 낙하합니다. 이것이 운석이죠. 운석에는 고속 충돌의 흔적이 남아 있고, 다른 한편, 소행성의 반사 특성과 운석의 반사 특성의 유사성이 알려지고 있습니다. 소행성이 운석의 모혜성인다는 것은 자연스러운 생각입니다.

행성의 성장이 거의 완료하는 태양계 성운이 산일된 후에도 행성에 도입되지 않은 미행성과 원시 행성 등의 소천체가 남아 있습니다. 특히 행성 천천히 자란 목성형 행성의 영역에서는 상당수의 소천체가 존재했을 것입니다. 남겨진 소천체가 성운 산일 때 혹은 그 후 행성에 조우하며 가끔 지구 중력권에 들어가는 것도 일어난 것입니다. 이 같은 소천체에 기다리는 숙명은 다음 세가지 중의 하나입니다. 하나는 행성과 충돌하는 것이죠. 

 

두번째 가능성은 행성에서 큰 간섭을 받아 내동댕이쳐지는 것입니다. 행성 중력권에서 다시 탈출하고 지금까지와는 전혀 다른 이심률과 궤도면 경사각이 큰 궤도에 들어갑니다. 몇번이나 행성과 접근하는 동안에 태양 적도 면 내에 집중하던 미행성도 차츰 여러 궤도면 경사각을 갖고 태양의 주위에 둥근 모양으로 분포하게 됩니다. 또 이심률도 극단적으로 커지고 긴 타원 궤도를 그리게 됩니다. 이들이 혜성이나 다름없습니다. 상술과 같은 궤도 운동의 특성과 목성형 행성 영역의 미행성이 지름 10킬로미터 정도의 모래와 금속 입자를 포함한 얼음 덩어리인 것도 혜성의 특징에 부합하고 있습니다.

 

제삼의 가능성은 지구 중력권에 들어간 작은 천체가 기조력의 작용 등으로 중력권에 포획되어 행성 주위를 도는 것입니다. 이것이 위성입니다. 목성형 행성의 영역에서는 많은 소천체가 행성에 도입되지 않고 있었습니다. 그래서 그것들이 지구 중력권에 돌입할 확률도 늘어납니다. 이러한 이유로 목성형 행성에는 많은 위성이 존재하는 것이죠. 중력권에 많은 소천체가 들어가면 소천체끼리 충돌하기도 일어납니다. 그리고 다수의 작은 파편으로 부서지고 그 중의 일부분은 위성으로 그칩니다. 매우 작은 위성은 이렇게 만들어진 것으로 추측되고 있습니다.

 

위성은 행성에서 기조력이 일하고 있습니다. 이 힘 때문에, 예를 들어 달은 점차 지구로부터 멀어지고 있습니다. 순행 위성의 경우 기조력은 위성의 궤도 반경을 키우는 방향으로 일하지만, 역행 위성의 경우에는 반대로 궤도 반경을 줄이도록 작용합니다. 그 결과 역행 위성이 점차 궤도 반경이 작아지고 마침내는 어머니 행성의 로시의 한계 내까지 들어갑니다. 로시의 한계 내에서는 위성이 안정에는 존재하지 못하고 산산이 부서지고 맙니다. 이런 파편이 행성 주위에 동심 원형이 확산되면서 행성의 고리를 형성한 것으로 여겨지고 있습니다.

 

해왕성 저쪽에서는 행성의 성장은 매우 늦게 아직도 행성의 성장세가 이어지고 있습니다. 이론적인 견적에 의하면 이 영역에서는 태양계의 나이(45억 6000만년)에 걸쳐서 겨우 50~100킬로미터 크기의 천체입니다. 이 영역에 100킬로미터 크기의 많은 소천체(카이퍼 벨트 천체)이 관측되고 있지만 이들은 성장 도상의 원시 행성으로 풀이됩니다.