혼돈에서 탄생한 태양계

사진 : 데이나 베리

약 38-40억 년 전 지구는 과학자들이 ‘후기 대충돌’이라 부르는 사건을 겪었다. 원인을 알 수 없는 소행성과 혜성들이 비처럼 쏟아져 지표면 대부분을 강타했다. 달도 같은 시기에 이들과 충돌해 분화구투성이가 됐다.

거대 행성들의 교란
지구의 후기 대충돌은 행성 궤도의 극적인 교란이 원인이었을지도 모른다. 그로 인해 해왕성(가장 앞쪽)과 천왕성이 혜성대를 교란했고 목성은 소행성대를 교란했다. 프랑스 소도시의 이름을 딴 니스 모델에 따르면 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 암석과 얼음 잔해들이 흩어져 있던 원반 모양의 태양성운에서 한데 모여 탄생했다. 이 4개의 거대 행성들은 강력한 중력으로 그 잔해를 빨아들이거나 멀리 튕겨냈다. 그러면서 행성 자체의 궤도가 서서히 바뀌어 마침내 토성의 궤도 주기가 목성의 2배가 되기에 이르렀다.

44억 년 전
갓 태어난 거대 행성들이 서로 바짝 붙어서 원을 그리며 궤도를 돈다. 천왕성이 해왕성 바깥쪽에 있었을 것이다. 행성들이 혜성과 소행성 같은 잔해를 치우면서 서서히 궤도를 바꾼다. 밀도가 높은 혜성대가 천왕성 밖에 머물러 있다.

38억 년 전
토성의 궤도 주기가 목성에 견줘 정확히 2배가 된다. 목성의 중력 때문에 밀려난 토성이 천왕성과 해왕성에 더 가까워지고, 이로 인해 천왕성과 해왕성이 혜성대 속으로 밀려나 지구를 비롯해 사방에 혜성들을 날려 보낸다.

혜성 먼지
한 과학자가 NASA의 청정실에서 스타더스트호가 빌트2 혜성 곁을 지나며 채집한 먼지가 들어 있는 채집 도구를 살펴보고 있다. 각각의 먼지 입자는 시속 2만여 km로 날아와 몽실몽실한 에어로젤 속에 박히면서 머리카락 크기의 자국을 남겼다.

달의 탄생
45억 년 전 태양계 행성들은 아주 격렬한 과정을 거쳐 탄생했다. 행성들은 거대한 충돌을 연이어 겪으며 경쟁 행성의 배아들을 흡수해 현재 크기로 자랐고, 아마도 그 충돌 중 하나로 지구에 달이 생겼을 것이다. 달은 커다란 크기와 낮은 밀도, 여타 특징들로 미뤄볼 때 화성 크기만 한 원시행성이 지구와 충돌해서 원시행성 자체와 지구의 맨틀 암석 일부가 분해된 뒤 잔해가 폭발하면서 생겨난 듯하다. 최근에 나온 한 가설에 따르면 달에는 원래 작은 달이 하나 더 있었다고 한다.

충돌
수천만 년도 지나지 않아 달이 작은 달을 끌어당긴다. 작은 달은 달의 뒷면에 충돌해 거기에 달라붙어 고원을 형성한다. 이는 우리에게 보이는 달 앞면에 있는 낮은 평원인 ‘마리아’와 극명한 대조를 이룬다.

두 부분으로 된 성운
오르트 성운에서는 장주기 혜성들이 생겨난다. 혜성의 궤도로 미뤄볼 때 오르트 성운(횡단면)은 공 모양의 껍질로 직경이 1광년에 가까운 도넛 모양으로 둘로 나뉘어 있다. 태양계(빨간색)의 나머지 부분은 도넛 구멍 부분에 자리 잡고 있다.