혜성은 태양 주위를 타원 또는 포물선 궤도를 따라 도는 작은 천체입니다. 오랫동안 혜성에 대한 관측과 기록이 있었지만, 에드먼드 핼리(Edmund Halley)가 혜성의 주기를 측정함으로써 태양계의 일원임을 증명했습니다. 혜성은 핵, 코마, 수소운, 꼬리로 이루어져 있으며 공전 주기에 따라 단주기 혜성, 장주기 혜성, 비주기 혜성으로 분류됩니다.
1. 혜성의 정의와 발견
"혜성"은 얼음과 먼지로 이루어진, 태양 주위를 타원 또는 포물선 궤도로 공전하는 작은 천체입니다. 이 천체는 태양계 내에 위치하며, 한국어로는 "살별"이라고도 합니다. 혜성의 관측에 대해서는 오래전부터 기록이 있었지만 정확한 정체는 밝혀지지 않았습니다. 그러나, 16세기 덴마크의 천문학자 티코 브라헤(Tycho Brahe)는 혜성이 지구 대기상의 현상이 아닌 천체의 일종임을 밝혀내었으며, 그 후 영국의 천문학자 에드먼드 핼리(Edmund Halley)가 혜성의 주기를 측정하고 다음 출현 시기를 예측하여 태양계의 구성원임을 증명하였습니다. 현재까지 4000개 이상의 혜성이 발견되었고, 태양계 내에 존재하는 혜성의 수는 대략 1억 개 이상으로 추정됩니다.
2. 혜성의 구조
혜성의 구조는 핵이 중심에 위치하며, 핵 주변을 감싸고 있는 코마, 코마를 둘러싸고 있는 수소운, 그리고 꼬리로 이루어져 있습니다. 혜성이 태양에 가까워지면 핵 주변에는 코마와 수소운이 형성되며, 태양의 높은 열과 압력으로 인해 먼지와 가스 성분이 태양 반대쪽으로 날리면서 꼬리가 만들어지게 됩니다.
1) 핵
작은 얼음, 먼지, 돌가루로 이루어진 중심부이며, 크기는 수백 미터부터 수십 킬로미터까지 다양합니다. 표면은 먼지나 돌로 덮여 있으며, 얼음은 표면 아래에 감춰져 있습니다. 핵에는 여러 유기물이 포함되어 있는 것으로 알려져 있으며, 탄화수소나 아미노산과 같은 보다 복잡한 분자가 존재할 가능성도 있습니다.
2) 코마
혜성이 태양으로부터 멀리 떨어져 있을 때에는 얼음과 먼지가 고체 상태로 존재합니다. 그러나 태양에 가까이 접근하면 핵 표면에서 드라이아이스, 암모니아, 얼음의 순서대로 증발이 일어나며, 먼지도 발생합니다. 이렇게 기체와 먼지가 발생하여 핵 주변을 둘러싸게 되는데, 이를 "코마"라고 부릅니다.
3) 수소운
코마의 주요 성분인 물이 태양의 영향으로 분해되면서, 이 과정에서 많은 수소 입자가 생성됩니다. 이로 이해 106~108km 정도의 거대한 수소 원자가 쌓여 있는 영역이 생기게 되는데, 이를 "수소운"이라고 합니다.
4) 꼬리
혜성의 꼬리는 "플라즈마 꼬리(Plasma Tail)"와 "먼지 꼬리(Dust Tail)"로 구분됩니다. "플라즈마 꼬리"는 태양풍의 양성자와 전자가 혜성에 영향을 미치면서 이온 분자들이 밀려나가면서 형성됩니다. 태양과 가까워질수록 태양풍에 반응하는 입자의 양은 증가하게 되어 플라즈마 꼬리는 더 밝게 나타납니다. "먼지 꼬리"는 혜성이 궤도운동을 하는 동안 태양의 강한 복사압으로 인해 발생하는 현상으로, 코마 내의 먼지 입자들이 펼쳐지면서 형성됩니다. 이로 인해 먼지와 암석 조각들은 혜성의 운동 반대 방향으로 퍼져 나가게 됩니다.
3. 공전 주기와 분류
혜성의 공전 주기는 수년에서 수천만 년까지 다양하며 주기에 따라 단주기 혜성, 장주기 혜성, 비주기 혜성으로 분류됩니다. 단주기 혜성은 공전 주기가 200년 이하로 짧은 편이며, 다른 행성처럼 황도면에 거의 나란하게 궤도를 돕니다. 장주기 혜성은 공전 주기는 200년 이상이지만, 주기가 수백만 년에 이르는 경우도 있습니다. 주기 행성의 대부분이 장주기 혜성이며, 이심률이 매우 큰 궤도를 돌게 됩니다. 비주기 혜성은 한번 태양 근방을 지나가면 다시 돌아오지 않으며, 포물선이나 쌍곡선 궤도를 따라 움직입니다. 이러한 비주기 혜성들은 태양 근처를 통과한 후 다른 영역으로 향하게 됩니다.