운석의 기원과 아폴로 물체

대부분의 운석은 거대한 모체의 파편조각들이다. 즉, 모든 운석은 태양계 내부에 존재하는 모체로부터 발생했으며, 이는 태양계가 거대한 은하계로부터 어떻게 떨어져 나왔는지 설명해 주는 것이기도 하다.

 

표10.2 행성 및 소행성대 궤도의 반장축(태양에서의 거리)

행성		반장축(AU)
수성 금성 지구 화성	지구형 행성	0.387 0.723 1.000 1.52
소행성대		∼2.8
목성 토성 천왕성 해왕성 명왕성	목성형 행성	5.2 9.58 19.1 30.2 39.44

 

소행성대

 

소행성대(asteroid belt)는 내(지구형)행성과 외(목성형)행성의 경계인, 화성과 목성궤도 있다(그림10.6, 표10.2). 소행성대는 태양궤도를 도는 작고 불규칙한 모양의 바위덩어리인 소행성이 적어도 10만개정도 무리를 진 것이다. (그림10.7)

 

그림 10.7 최근에서야 과학자들은 궤도상의 소행성들이 고해상도 사진을 찍을 수 있게 되었다. 이 사진은 1991년 갈릴레오 우주선에서 찍은 ‘951 가스파라’ 소행성이다. 가스프라는 비교적 큰 소행성으로 여겨지고 있다.

 

이러한 소행성들 중, 약 4천개 정도가 특징이 알려져 있고 궤도를 어느정도 예측할 수 있으며 공식적으로 분류되어 있다. 한 소행성에 번호와 명칭이 부여된다. 즉, ‘1 쎄레스’는 새해 첫날에 피아지라는 이탈리아 찬문학자가 발견한 최초의 소행성으로서 시실리의 수호여신 이름으로 명명되었다. 소행성 ‘1000 피아지’는 일천번때로 발견된 소행성이며, 이름은 씨레스 발견자인 피아지의 이름을 따랐다.

소행성들은 붕괴된 행성의 파편들이거나, 행성을 형성하지 못한 암석파편들일 것이다. 후자일 가능성이 좀더 유력하다. 소행성대에 수많은 물체들이 있음에도 불구하고, 그것들이 전체 부피가 달의 부피에 미치치 못한다는 것이 그 이유이다. 소행성은 다음과 같은 3가지 특징을 갖는다: (1)소행성들 중 몇몇은 내부가 분화를 할 정도로 충분히 크다는 것과 (2) 소행성대 형성 이후로 그것들은 서로간의 충돌과 이로 인한 파쇄를 지속적으로 하고 있다는 것, 그리고 (3) 그것들 중 몇몇은 지구궤도를 지나는 궤도를 가진다는 것들이다. 각각에 대해서 차례로 생각해보자.

 

분화

분화(differentiation)란 행성이 성분에 따라 구심충돌로 변화하는 과정을 말한다. 예를 들어, 지구는 생성초기에 밀도가 높은 철성분의 금속핵, 규소질 맨틀, 그리고 밀도가 낮은 규소질 물질이 앏은 지각으로 분화되었다. 소행성 중에는 균질해 보이는 것고 있으나, 대부분 지구가 분화한 것처럼 핵, 맨틀, 지각으로 분화할 정도로 거대하다. 아마도 소행성 내부의 성분이 다른 층들이 종류가 다른 운석을 만든 것으로 보인다.

 

분열

수많은 고체들이 조밀하게 무리지어 궤도를 돌고 있을 때, 서로간의 충돌과 이로 인한 파쇄는 당연한 것이다. 소행성대의 소행성들의 크기 분포는 파쇄된 암석파편들의 크기 분포와 매우 유사하며, 소행성들은 충돌에 의한 파괴가 일어나기에 충분한 속도로 부딪힌다.

 

아폴로 물체

지구로 접근하는 물체들은 아폴로 물체(apollo object)라 하며, 접근 물체의 궤도가 지구 궤도를 지나는 소행성들을 지구궤도차 소행성(earth-crossing asteroids)이라 한다. 1km 또는 그 이상의 직경을 가진 약 150개 아폴로 물체들이 알려져 있지만, 이것은 지구궤도를 가로지르는 전체 물체중 일부분일 뿐이다. 가장 크다고 알려진 아폴로 소행성은 직경이 약 8km 정도나 된다. 아폴로 물체 중 아텐 부류는 단순히 지구궤도를 지나는 것이 아닌 지구궤도에 완전히 포함되는 궤도를 가진다. 또 다른 중요한 소행성은 화성궤도를 지나는 아모르 부류로서, 지구궤도에 근접한다.

아폴로 물체들은 결국에는 지구에 떨어질 것이다. 일반적으로 이러한 물체들은 지구,화성, 금성의 인력 영향권 아래 있기 때문에 매우 불안정한 궤도를 갖는다. 만약 어느 소행성체가 1억년 안에 세 행성들 중 하나와 충돌하지 않으면, 그 소행성은 궤도에서 이탈되어 사라질 것이다. 그리고 계속하여 지구로 접근하는 물체가 발생하게 되는데, 새로이 지그로 접근하는 물체는 충돌이 흔히 일어나는 소행성대로부터 이탈된 파편들일 것이다.

 

그림 10.8 소행성들 간의 충돌결과로 운석파편들이 모든 방향으로 퍼지는 것을 보여주는 천문학자이며 미술가인 윌리암 하트만의 그림

운석 모체로서의 소행성

지금까지 논의되었던 소행성들의 특징들은 운석 시료의 모체에서 찾으려던 특징들과 매우 일치한다.

1. 운철의 모체는 광물이 핵에서 매우 느리게 냉각될 정도로 대규모였다는 것을 비트만스테튼 조직으로 알 수 있다. 또한 몇몇 운석모체는 운석이 받았던 변성 및 화학적, 광물학적 차이로 인해 분화되었다는 것을 알 수 있다.

2. 소행성대에서 소행성들이 서로 충돌, 파쇄되어 모체가 부서진면서, 모체의 금속핵은 운철을, 맨틀과 지각은 석질운석과, 핵과 맨틀경계선 혹은 부서진 파편들의 재고결은 석철질운석을 만들어 낸다.

3. 계속되는 충돌로 인해 소행성 파편들이 소행성내의 정상궤도에서 이탈되어, 지구로 접근하는 아폴로 소행성을 만들어낸다. 운석들 중 궤도가 지구로 접근하는 것으로 알려진 운석들의 대부분이 소행성대 근처나 내부에서 발생한 것이다(그림10.10).

그림 10.9 : 분화된 소행성 모체의 파괴로 세 종류의 다른 운석이 형성된다. A.모체가 분화하여 철질(철-니켈) 핵 형성. B.모체가 소행성대의 다른 소행성과 충돌하여 조그만 파편으로 부서진다. 운철은 모체가 핵의 파편이다. 석질운석은 바깥층의 파편이며 석철질은 핵과 바깥층 경계의 파편이다.

 

 

 

그림 10.10 지구궤도를 향하여 오는 것이 관측된 운석의 궤도. 이러한 것들이 대부분이 소행성대를 지나거나 소행성대에서 발생한다.

결론적으로 소행성대의 소행성들이 지구로 떨어지는 운석들의 주요 근원인 것이다. 그라나 아직도 특이한 화학적, 광물학적 특성 때문에 이러한 이론에 잘 들어맞지 않는 운석 부류들이 있다. 이러한 운석들 중 몇몇은 달의 시료들과 동일하며, 나머지 소수의 운석들은 화성애서 온 것으로 생각된다. 달과 화성에 기원을 둔 운석들은 소행성들과의 충돌로 인해 달과 화성 표면에서 떨어져 나온 것이 지구로 향하여 오개 된 것이다. 그러한 충돌속도는 파편들이 달이나 화성의 인력 영향권 밖으로 빠져 나올 수 있을 정도로 매우 빨랐을 것이다. 또 다른 특이한 운석 종류로는 혜성에서 온 것으로 생각된다.

 

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