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[IT뉴스]‘2024 YR4’ 소행성이 그래도 불안한 이유

온카뱅크관리자

2025-02-27 09:37:27

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true"><font color="#333333">윤복원의 ‘우주의 비밀, 탐사의 미래’</font><br> 지구위협 시나리오(1)<br> 소행성과 지구 공전주기 4대1 비율<br> 4년마다 지구 중력 영향 궤도 변해<br> 2032년 충돌 위험 낮아졌지만 불안</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="b8N0EkwMtm">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="16545948b17cef6572a8ab6001e2f75f44805b9c32d0a5047f6bea17bc92e400" dmcf-pid="K6jpDErR5r" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="2024 YR4 소행성의 공전주기는 4년으로 2028년 12월과 2032년 12월에 지구에 다가온다. 최근 계산 결과에 의한 지구 충돌 확률은 0.01% 미만으로 낮아졌다. 그림은 일반적인 지구 근접 천체를 묘사한 것. 유럽우주국 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202502/27/hani/20250227093506967jyye.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="U5hVvSyj1l" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202502/27/hani/20250227093506967jyye.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            2024 YR4 소행성의 공전주기는 4년으로 2028년 12월과 2032년 12월에 지구에 다가온다. 최근 계산 결과에 의한 지구 충돌 확률은 0.01% 미만으로 낮아졌다. 그림은 일반적인 지구 근접 천체를 묘사한 것. 유럽우주국 제공
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="848d1b8aff2e74e9145ddc81605231129291e2bcfe6671788e272d24650c7bc3" dmcf-pid="9PAUwDmeYw" dmcf-ptype="general">
            물리학자의 시선으로 본 우주 탐사 역사 이야기를 전해줬던 윤복원 박사가 이번엔 미래 쪽으로 눈을 돌려 앞으로 우주에서 어떤 일이 일어날 수 있는지, 미래의 우주탐사는 어떻게 전개될지 등에 대한 이야기를 풀어갑니다. 그 첫번째로 요즘 지구 근접 소행성의 등장을 계기로 관심이 높아지고 있는 지구 위협 문제를 몇차례에 걸쳐 싣습니다. 편집자
           <br>
           <br> 2032년에 2024 YR4 소행성이 지구와 충돌할 가능성이 있다는 뉴스에 많은 관심이 쏠린다.
           <br>
           <br> 이 소행성의 크기는 40∼90m에 불과하지만, 지구와 부딪칠 경우 충돌에너지가 히로시마 원폭의 수백배에 이르는 것으로 알려졌다. 관측 데이터가 쌓이면서 소행성 궤도계산이 정확해지고, 이로부터 추정하는 지구충돌 확률도 계속 업데이트되고 있다.
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           <br>
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="16a3636312d7bc811861ed82c64bf9bceeae7392dfedb118a2385baf3cd5b291" dmcf-pid="2Qcurwsd1D" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202502/27/hani/20250227093508218nrdt.jpg" data-org-width="300" dmcf-mid="uVmBIOhLHh" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202502/27/hani/20250227093508218nrdt.jpg" width="658"></p>
          </figure>
          <div contents-hash="74141eb4688e43e3c41d1af3ab62e95d41085a1ea3d2bf0d083037e54eada52c" dmcf-pid="VVotAjkPYE" dmcf-ptype="general">
            2024 YR4 소행성이 처음으로 관측된 때는 불과 3개월전인 2024년 12월 27일이다. 소행성 지상충돌 최종경보시스템(ATLAS: Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System)의 칠레 관측소에서 발견했다. 소행성 궤도 계산에 의하면, 발견 이틀 전인 12월25일에 지구에서 82만8800km 떨어진 곳까지 접근했다. 지구와 달 사이 거리의 2배를 살짝 넘는 거리다. 공전주기도 거의 4년이었다. 소행성이 태양 주위를 한 바퀴 돌고 다시 돌아오면 지구도 태양 주위를 4바퀴 더 돌고 다시 돌아오기 때문에, 지구와의 충돌을 의심해 봐야 하는 상황이었다.
           <br>
           <br> 이 소행성은 4년 후인 2028년 12월17일에 약 800만km 거리까지 지구에 접근한다.[1] 소행성 위치와 움직임 측정의 오차로 인한 계산의 불확실성은 20만km 미만이다. 이때 지구와 충돌할 가능성은 거의 없다. 하지만 문제는 다시 4년 후인 2032년 12월22일 다시 돌아왔을 때 이 소행성이 지구에 훨씬 더 가까운 거리까지 다가온다는 계산 결과였다. 관측 데이터가 쌓이고 궤도 계산이 업데이트되면서, 이 소행성이 2032년에 지구와 충돌할 확률은 한때 3.1%까지 올라갔지만, 최근의 좀 더 정확한 계산 결과에 의한 지구 충돌확률은 0.01% 미만으로 낮아졌다. 25일 궤도계산 결과에 의하면 지구에 접근하는 최소거리는 7만∼47만km일 것으로 예상한다.
           <br>
           <br> 소행성은 지구에서 멀어지면 지상망원경으로 관측하는 것이 어려울 수 있다. 작은 소행성일수록 더 어렵다. 2024 YR4 소행성의 경우 2024년 4월 이후부터는 지상망원경으로 관측할 수 없기 때문에, 제임스웹우주망원경이 2025년 3월부터 관측을 시작해서 5월까지 관측을 이어갈 예정이다.
           <br>
           <br>
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="f46e0e494e7df959469cd77197a36bfb03d0dd23e21d34c208f1f696711da680" dmcf-pid="ffgFcAEQtk" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="2024 YR4 소행성의 공전궤도. 화성과 지구의 공전궤도를 가로지르는 이 소행성은 4년에 1번씩 지구에 접근한다. 그림 출처: NASA/JPL" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202502/27/hani/20250227093510954agji.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="7wNfTvWAZC" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202502/27/hani/20250227093510954agji.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            2024 YR4 소행성의 공전궤도. 화성과 지구의 공전궤도를 가로지르는 이 소행성은 4년에 1번씩 지구에 접근한다. 그림 출처: NASA/JPL
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="84346dbb08137479f60c51808521a4749d0723791ae5c6394443575a12e70047" dmcf-pid="44a3kcDxZc" dmcf-ptype="general">
           <strong>정확한 충돌 위험 예측은 가능할까 </strong>
           <br>
           <br> 2024 YR4 소행성이 태양에 가장 가까이 다가가는 위치인 근일점은 태양에서 0.8515AU(1AU=1억5천만km)로 지구와 금성의 공전궤도 사이이고, 태양에서 가장 먼 위치인 원일점은 태양에서 4.1803AU로 화성과 목성의 공전궤도 사이에서 목성에 더 가까운 곳에 위치한다. 태양 주위를 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간인 공전주기는 3.9907년이다. 지구 공전궤도 안쪽으로도 들어오기 때문에, 근일점을 지나기 전후로 지구 공전궤도를 가로지른다. 지구에 가까이 다가가는 때는 근일점을 지난 후에 지구 공전궤도를 가로지를 때이다. 나사(미국항공우주국) 제트추진연구소에서 제공하는 정보에 의하면 지구와 충돌할 경우 예상 충돌 속도는 초속 17.32km이다.[2] 약 22만톤으로 추정하는 이 소행성이 초속 17.32km로 충돌하면, 운동에너지로 계산한 충돌에너지는 히로시마 핵폭탄 폭발에너지의 500배가 넘는다.
           <br>
           <br> 관측 데이터가 많을수록 소행성의 궤도를 더 정확하게 계산할 수 있다. 하지만 작은 소행성은 지구에 가까이 있을 때만 관측이 가능하다. 멀어지면 소행성의 밝기가 낮아지면서 관측도 어렵다. 지구에서 관측할 수 있는 기간이 짧은 만큼 관측한 데이터로 계산한 궤도의 정확도에는 한계가 있다. 다행히 이 소행성은 2028년에 충돌 없이 지구에 한 번 더 접근한다. 이때 집중적으로 소행성의 위치와 움직임을 관측해서 궤도 계산에 적용하면, 그 이후의 궤도를 훨씬 더 정확하게 계산할 수 있다.
           <br>
           <br> 2029년 상반기쯤이면 이 소행성이 2032년에 지구와 충돌할지 여부를 훨씬 더 정확하게 예측할 수 있을 것으로 예상한다. 아포피스(99942 Apophis) 소행성은 2029년 4월13일에 지구에 3만8000km까지 접근하지만 지구와의 충돌확률은 거의 없다. 궤도 계산의 오차가 ±4km로 결과가 훨씬 더 정확하기 때문이다.
           <br>
           <br> 2024 YR4 소행성의 공전주기가 3.9907년이고 지구의 공전주기가 1년이므로, 이 소행성과 지구의 공전주기 비율은 거의 4:1이다. 이렇게 두 천체의 공전주기 비율이 두개의 작은 정수 비율이 되는 것을 궤도공명(orbital resonance)이라고 한다. 궤도공명 상태에 있는 두 천체는 중력으로 영향을 끼치는 것을 주기적으로 반복한다. 두 천체 중 하나가 행성처럼 질량이 큰 천체이면 작은 천체의 궤도에 더 큰 영향을 끼치고, 두 천체가 모두 큰 천체이면 두 천체의 궤도에 모두 영향을 끼친다. 상황에 따라서 궤도공명은 천체의 궤도를 안정적으로 만들기도 하고 불안정하게 만들기도 한다.
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           <br>
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="8fa3d286fb8cedd272c86c5f77acdc1ad758f51dff16b84a9564a7b60c7abecf" dmcf-pid="88N0EkwMGA" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="해왕성과 명왕성의 공전궤도. 궤도 모양과 기울기가 다른 것에 더해 궤도공명 상태에 있어서 해왕성과 명왕성의 위치는 항상 충분히 먼 거리를 유지한다. 궤도 데이터 출처:  NASA/JPL/Horizons System" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202502/27/hani/20250227093512923jlqm.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="ztTs84P3HI" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202502/27/hani/20250227093512923jlqm.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            해왕성과 명왕성의 공전궤도. 궤도 모양과 기울기가 다른 것에 더해 궤도공명 상태에 있어서 해왕성과 명왕성의 위치는 항상 충분히 먼 거리를 유지한다. 궤도 데이터 출처: NASA/JPL/Horizons System
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="80441a2ae182edd9d4de2164b5891984fa69750a59f6d119c4862d79f74b460d" dmcf-pid="66jpDErR5j" dmcf-ptype="general">
           <strong>궤도공명이 천체 궤도에 끼치는 영향</strong>
           <br>
           <br> 궤도공명으로 두 천체가 안정적으로 되는 대표적인 경우의 하나가 해왕성과 명왕성이다. 명왕성은 해왕성 공전궤도 바깥쪽을 공전하는 기간이 훨씬 더 길지만, 해왕성의 공전궤도 안쪽으로 들어오기도 한다. 명왕성이 해왕성의 공전궤도 근처를 지나간다고 명왕성이 해왕성에 가까워지지는 않는다. 그 이유는 두 천체의 공전주기 비율과 서로 다른 공전궤도 모양과 기울기 때문이다.
           <br>
           <br> 해왕성의 공전주기는 164.8년이고 명왕성의 공전주기는 247.94년이다. 두 공전주기의 비율은 거의 2:3이다. 해왕성이 태양 주위를 세 바퀴 도는 동안 명왕성은 두 바퀴를 돈다. 해왕성의 근일점은 44억6000만km이고 원일점은 45억4000km로 궤도 모양은 거의 원 모양인 반면, 명왕성의 근일점은 44억4000만km이고 원일점은 73억8000만km로 상대적으로 긴 타원 모양이다. 공전궤도 모양이 다른 것에 더해 공전궤도의 기울기도 많이 다르다. 지구 공전궤도를 기준으로 해왕성의 공전궤도는 1.77도 기울어진 것에 비해 명왕성의 공전궤도는 17.16도 기울어졌다.
           <br>
           <br> 명왕성이 해왕성 공전궤도를 가로지르는 기간에도 명왕성과 해왕성 사이의 거리는 매우 멀다. 하필 이때 해왕성의 위치가 명왕성에서 많이 떨어진 곳에 있고, 궤도공명 때문에 명왕성이 이 위치에 다시 돌아와도 해왕성의 항상 먼 곳에 위치한다. 명왕성이 다른 위치에 있어도 공전궤도의 모양과 기울기 차이로 항상 충분히 먼 거리를 유지한다. 결국 두 천체는 태양 주위를 도는 동안 충분히 먼 거리를 유지하면서 중력으로 끼치는 영향을 줄인다. 해왕성과 명왕성은 궤도공명이 두 천체의 공전궤도를 안정적으로 유지하는 데 기여하는 경우다.
           <br>
           <br> 2024 YR4 소행성과 지구의 공전주기 비율이 4:1인 것은 소행성의 공전궤도를 불안정하게 만드는 경우이다. 소행성 입장에서는 4년마다 가까워지는 지구가 소행성의 공전궤도를 주기적으로 변하게 하는 상황이다. 하필 주기적으로 소행성과 지구가 가까워지면서 지구 중력 때문에 소행성의 궤도가 유지되지 못하고 불안정하게 만드는 것이다.
           <br>
           <br> 만약에 공전주기가 4년인 어떤 소행성이 2024 YR4 소행성처럼 지구 공전궤도를 가로지를 때, 지구의 위치가 태양 반대쪽에 위치해서 충분히 멀리 떨어져 있다고 가정해 보자. 이 소행성이 4년 후 다시 지구 공전궤도를 가로질러도 지구의 위치는 항성 태양 반대쪽 먼 곳에 위치한다. 이런 경우는 지구와 소행성 사이가 항상 먼 거리로 유지되고 소행성이 공전하는 전 구간에 걸쳐 지구 중력의 영향도 적기 때문에, 소행성의 공전궤도는 상대적으로 더 안정적으로 유지된다. 
           <br>
           <br>
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="29ecc378d6c10ebc7d816a2c06418c0de1f3d3b7a41dd67b46612a5503d4d536" dmcf-pid="PPAUwDme1N" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="목성과 1:1 궤도공명으로 안정적인 궤도를 돌고 있는 트로이 소행성. 그림 원본 출처: Wikimedia Commons" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202502/27/hani/20250227093514713bgkp.jpg" data-org-width="768" dmcf-mid="q7Q9lhvaHO" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202502/27/hani/20250227093514713bgkp.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            목성과 1:1 궤도공명으로 안정적인 궤도를 돌고 있는 트로이 소행성. 그림 원본 출처: Wikimedia Commons
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="81cf214550535493fdcd1191462eb1038f1c38afb98563adecc2dfcc6ca9ae33" dmcf-pid="QQcurwsdYa" dmcf-ptype="general">
           <strong>2024 YR4은 어떻게 지구까지 오게 됐나</strong>
           <br>
           <br> 지구 질량의 318배에 이르는 목성의 중력은 상당히 크다. 태양 중력과 지구 중력이 비슷해지는 지구 중력 영향권의 경계는 지구에서 100만km 떨어진 곳에도 못 미치는 반면, 목성의 중력 영향권 경계는 목성에서 5000만km 정도 떨어진 곳에 있을 만큼 목성 중력은 크다. 천문학적으로 긴 시간 동안 끼치는 영향이 축적되는 것을 고려하면 목성의 중력은 더 멀리 떨어진 곳을 지나는 천체의 궤도에도 영향을 끼친다. 이런 목성과 궤도공명 상태인 소행성도 궤도를 안정적으로 유지하고 있는 경우도 있고, 궤도를 불안정하게는 만드는 경우도 있다.
           <br>
           <br> 목성과의 궤도공명을 통해 궤도가 안정적으로 유지되는 경우로 목성 트로이군(Jupiter trojan)에 속하는 소행성들이 있다. L4와 L5 태양-목성 라그랑주점 근처에 있는 소행성들로 현재까지 수천개의 소행성이 발견됐다. L4 근처의 소행성 이름은 그리스측(Greek camp) 군사의 이름을 땄고, L5 근처의 소행성 이름은 트로이측(Trojan camp) 군사의 이름을 땄다. 이들 소행성은 목성과 같은 공전주기로 태양 주위를 돌면서 목성과의 거리를 항상 태양-목성 거리만큼 충분히 멀게 유지한다. 궤도공명이 항상 먼 거리를 유지하는 경우다. 이들 소행성은 천문학적으로 긴 기간이 지나도 목성과 태양으로부터의 거리를 유지하는 라그랑주점 주위에 안정적으로 머물면서 태양 주위를 공전한다.
           <br>
           <br>
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="a4c24909e9cfc86e469353e051a6e1dacd31f22ed84958d4787fadd0b1a75890" dmcf-pid="xxk7mrOJXg" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="그림 4. 공전궤도의 긴반지름에 따른 소행성대 소행성의 분포. 분포가 줄어드는 긴반지름은 목성과 궤도공명 상태인 궤도의 긴반지름이다. 그림 원본 출처: Wikimedia Commons" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202502/27/hani/20250227093516963lmep.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="B6mKhCSg5s" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202502/27/hani/20250227093516963lmep.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            그림 4. 공전궤도의 긴반지름에 따른 소행성대 소행성의 분포. 분포가 줄어드는 긴반지름은 목성과 궤도공명 상태인 궤도의 긴반지름이다. 그림 원본 출처: Wikimedia Commons
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="739a9688556e5eb716f52669b8e663b39f74e0a2d4ef34ecd327833aca22bd66" dmcf-pid="y38lMxe7Ho" dmcf-ptype="general">
            소행성이 자기공명 상태에 있어서 오히려 궤도가 불안정해지는 경우는 화성과 목성 사이에 있는 소행성대(asteroid belt)의 소행성 분포에 나타난다. 소행성은 타원 모양의 궤도를 도는데, 타원궤도의 긴 반지름(semimajor axis)은 공전주기를 결정한다. 타원궤도의 긴반지름에 따라 소행성이 얼마나 많이 분포하는지를 그린 그래프를 보면, 소행성이 별로 없는 긴 반지름 몇곳이 존재한다.
           <br>
           <br> 그곳에 해당하는 소행성의 공전주기를 목성의 공전주기와의 비율로 표시하면 3:1, 5:2, 7:3, 2:1인 궤도이다. 비율에서 앞의 숫자는 목성의 공전주기, 뒤의 숫자는 소행성의 공전주기에 해당한다. 궤도공명 상태에 있던 소행성이 주기적으로 목성과 가까워지면서 목성 중력의 영향으로 궤도를 이탈해서 그 공전주기에 해당하는 소행성의 개수가 줄어든 결과다. 밀려난 소행성의 상당수는 태양계 안쪽으로 밀려났고, 그중 일부는 지구에 충돌 위험이 되었을 것으로 추정한다. 2024 YR4 소행성도 이런 과정을 통해 지구에 가까워졌을 가능성이 있다.
           <br>
           <br> 
          </div>
          <blockquote class="pretip_frm" contents-hash="0f20f2b1efbb3fb652bf9054920bc2474f5a45f9bf7c793ecf150b768b675671" dmcf-pid="W06SRMdzXL" dmcf-ptype="pre">
           주)
           <br>
           <br> [1] “Small-Body Database Lookup”, 2025년 2월 25일 데이터, NASA/JPL, https://ssd.jpl.nasa.gov/tools/sbdb_lookup.html#/?sstr=2024%20 YR 4
           <br>
           <br> [2] “Sentry: Earth Impact Monitoring”, 2025년 2월 25일 데이터, NASA/JPL, https://cneos.jpl.nasa.gov/sentry/details.html#?des=2024%20 YR 4
          </blockquote>
          <div contents-hash="66adf1f77f8c202f01038804a5d09e8e7313b736faf17fd6aa0cd866d924dbc6" dmcf-pid="YpPveRJq5n" dmcf-ptype="general">
            윤복원 | 미국 조지아공대 연구원(전산재료과학센터·물리학) 
           <br>
           <br> bwyoon@gmail.com
          </div>
         </section> 
        </div> 
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