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명왕성


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항성 행성 위성

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[A] 천왕성과 해왕성은 해왕성형 행성으로 따로 분류하는 학자도 있다. }}}}}}}}}
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명왕성
冥王星 | Pluto
(134340 Pluto)
파일:Pluto_in_True_Color_-_High-Res 720.png
촬영: New Horizons (NASA, 2015)[3]
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<colcolor=#FFF> 발견
<colbgcolor=Sienna> 발견자 클라이드 톰보 (미국)
날짜 1930년 2월 18일
탐사
탐사선 뉴 호라이즌스 호 ( NASA)
발사 ~ 명왕성 통과 2006년 1월 19일 ~ 2015년 7월 14일
최근접 거리 12,500km[6]
궤도 성질
형태 <colbgcolor=Sienna> 긴 반지름 39.481 686 77 AU
59억 637만 6272km
둘레 244.186 AU
약 365억km
이심률 0.248 807 66
태양
거리
<colcolor=#FFF> 원일점 73억 7592만 7931km
49.305 032 87 AU
근일점 44억 3682만 4613km
29.658 340 67 AU
평균 59억 637만 6272km
39.481 686 77 AU
주기 공전 주기 90,560일 ( 247.94 a )
14,179 명왕성태양일
회합 주기 366.73
공전
속도
평균 4.66km/s
최대 6.10km/s
최소 3.71km/s
궤도 경사 (황도면 기준) 17.16°
(태양 적도면 기준) 11.88°
승교점 경도 110.303 47°
근일점 인수 113.763 29°
물리적 성질
크기 반지름 1,188.3(±0.8)km[7]
표면적 1.779×107km2[8]
부피 7.057(±0.004)×109km3[9]
질량 1.303(±0.003)×1022kg[10]
평균 밀도 1.854(±0.006)g/cm3[11]
중력 적도 중력 0.62m/s2 ( 0.063g )
탈출 속도 1.212km/s
자전 자전 주기 6.387230일(약 6일 9시간 17분 36초)
자전 속도 47.18km/h
자전축
기울기
(공전 궤도면 기준) 122.53°
(황도면 기준) 115.60°
북극점 적경 132.993°
북극점 적위 −6.163°
표면
온도
평균 44 K ( −229°C )
최고 55 K ( −218°C )
최저 33 K ( −240°C )
반사율 0.49 ~ 0.66 (변화량 35%)
겉보기 등급 평균: +15.1
( +13.65 ~ +16.3 )
대기 성질
대기압 1988년 0.4 Pa
2015년 평균치 1.0(±0.1) Pa
2015년 관측 최대치 1.28(±0.09) Pa[12]
구성 질소, 메탄, 일산화탄소
위성
5개
카론, 닉스, 히드라, 케르베로스, 스틱스
분류
왜행성, 카이퍼 벨트,
해왕성 바깥 천체, 명왕성형 천체, 명왕성족 천체[13]
}}}}}}}}} ||

1. 개요2. 설명3. 이름 관련4. 구성
4.1. 대기4.2. 지형
5. 패턴 관측을 통한 발견과 명명
5.1. 티티우스-보데 법칙에 어긋나는 천체
6. 행성 분류에서의 제외
6.1. 카론의 발견6.2. 세드나의 발견6.3. 에리스의 발견6.4. 재분류 결정6.5. 행성 복귀 가능성6.6. 거대 혜성 가설
7. 명왕성의 위성8. 검은 점 무늬9. 뉴 호라이즌스10. 사진11. 여담

[clearfix]

1. 개요

명왕성(, Pluto)은 태양계 왜행성 중 하나로, 최초로 발견된 카이퍼 벨트 천체이다.[14] 현재까지 크기가 확인된 해왕성 바깥 태양계 천체 가운데에서 가장 큰 천체이다.

1930년 2월 18일 미국의 천문학자 클라이드 톰보(Clyde Tombaugh)가 발견한 이래 1999년 2월 국제천문연맹이 행성으로 지정하고, 2006년 행성의 기준이 수정되기 전까지 태양계의 아홉 번째 행성으로 인식되었다.[15]

2. 설명

명왕성의 궤도(녹색)
태양으로부터 29 AU ~ 49 AU 떨어진 타원형 궤도를 돌고[16], 공전주기는 약 248년, 자전주기는 6일 9시간 17분 36초이다. 태양에서 너무 멀어 평균 기온이 -248도로 곰벌레가 아닌 이상 생명체가 살 수 없고, 실시 등급은 13.65 ~16.3등급으로 육안으로 관측할 수 없다. 육안으로 보려면 최소 630배 이상 밝아져야 간신히 보일 수준이다.
파일:명왕성_확대.jpg 파일:명왕성 표면2.png
명왕성의 표면을 확대한 사진[17]
질량은 지구의 0.24% 정도밖에 안 되고 직경도 2,376.6(±1.6) km[18]로 달의 66% 수준이다. 따라서 표면적도 매우 작아서 남아메리카 대륙과 비슷한 수준이다.

거리도 멀고 명왕성의 대기와 탄화수소 안개 때문에 수십 km에 달하는 오차가 나서 정확한 크기를 알아내기는 어려웠지만 그래도 보다 작다. 지각의 대부분이 얼음과 바위로 구성되어 있을 것으로 추측되고 실제 표면은 기존 허블 우주 망원경의 관측과 스펙트럼 분석으로 인한 색상과 거의 비슷한 형태를 가진 것으로 확인되었다. 이는 태양계 외곽에 존재하는 대부분의 천체의 공통사항이다. 왜냐면 태양계 형성 초기에 수소같이 가벼운 물질은 태양풍에 의해 대부분 쓸려나갔기 때문이다.[19] 태양계 제일 안쪽에 존재하는 수성의 구성물질이 대부분 무거운 물질인 인 것과 비교되는 부분이다.

비슷하게 천왕성 해왕성도 더 안쪽에 있는 두 거대 가스 행성인 목성, 토성과 달리 얼음 행성으로 구분되게 만든 이유 중 하나다. 천왕성 해왕성이 지구 궤도나 그 안쪽에 있었다면 거대 바다 행성이 되었을 것이다. 명왕성도 이와 마찬가지로 보이지만 아직은 불완전한 태양계 형성 모델이기에 이 가설 또한 추후에 바뀔 수 있다. 만약 명왕성이 안쪽에 있었다면 화성의 경우처럼 표면의 물질들이 전부 날아갔거나 켄타우로스 천체인 동시에 혜성 키론처럼 되었을 가능성이 존재한다.

2016년 9월 명왕성의 하트 모양 지형인 스푸트니크 평원으로 질량이 쏠린 현상의 이유가 지하에 염도 30%의 바다가 100 km 두께로 있기 때문이라는 가설이 나왔다.[20] 표면에서 최대 7㎞에 달하는 높이의 얼음화산 지형이 발견됐다. #

그리고 프랜시스 니모 캘리포니아대 교수가 이끄는 연구진은 명왕성에 바다가 존재할 가능성이 있다고 발표했다. #

기원에 대해서도 초기에는 뜨거웠다는 결과를 발표했다. #

3. 이름 관련

MPC(Minor Planet Center) 식별 번호는 134340이며 동양권에서는 명왕성으로, 서양권에서는 플루토(Pluto)의 자국어 명칭으로 불린다. 그리스 신화에 나오는 명계의 신 하데스를 로마에서 부르던 이름인 플루토에서 따왔다. 명왕성이라는 명칭도 명왕(명부의 왕), 즉 하데스를 의역한 것이다. 밝을 명(明)자로 알고 있는 사람들도 많은데 반대 뜻인 어두울 명()자를 쓴다.

많은 사람들이 잘못 알고 있고 심지어 몇몇 검인정 과학 교과서에조차 굳이 "소행성 134340(또는 왜행성) (구 명왕성)" 식으로 표기되어 있는데, 명왕성의 이름은 "명왕성" 그대로다. 명왕성은 단지 "행성 지위"를 박탈 당한 것이지, 이름까지 박탈된 것이 아니다. 학계의 구분이 바뀌어서 이제 행성은 아니지만, 학계는 행성의 지위를 박탈했을 뿐 이름까지 바꾸지는 않았다. 새로 부여받은 MPC 식별 번호를 붙여서 "왜행성 134340"이라고 지칭해도 무방하지만 핼리 혜성을 "혜성 P1", "1P/핼리"이라고 부르지 않는 것과 마찬가지다. 즉 '행성 명왕성'이 아니라 '왜행성 명왕성'이 되었을 뿐이다.

또한 명왕성과 유사하게 해왕성이 세 번 공전하면 해당하는 소천체가 두 번 공전하는, 해왕성과 2:3 궤도 공명[21]을 하는 천체를 총칭하는 '명왕성족' 분류의 영문 명칭 역시 'Plutino'라고 칭한다.

4. 구성

4.1. 대기


파일:Pluto's Atmosphere.jpg
뉴 호라이즌스가 명왕성의 그림자 영역에서 찍은 대기

명왕성의 대기는 태양열에 의해 천체 표면의 물질들이 기화하여 대기가 형성된 것으로 추정되며 최근 대기의 밀도가 높아진 것으로 보이기에 대기도 함께 관측하기 좋은 기회에 맞춰져서 보낸 셈이다. 대기의 구성 성분은 질소가 다수이며, 메테인, 일산화탄소 등으로 구성된 대기층은 매우 옅어서 기압은 지구의 70만 ~ 10만 분의 1 수준으로 지구의 대기와 비교하면 밀도가 매우 희박하다. 허나 이러한 대기로 인해서 정확하게 명왕성의 크기를 측정하는 것이 힘들었다.

이 대기는 혜성과 비슷한 방식으로 생성되며 원일점에 도달하면 대부분 얼어붙게 될 것으로 추정하지만 태양에서 가장 멀 때에도 일부 대기는 남아 있을 것이라고도 한다.[22]

뉴 호라이즌스의 관측 결과 대류권은 없거나 1km 이하로 극도로 얇게 형성되어 있을 것으로 추측된다. 수많은 층을 이루고 있는 연무가 1,000km 상공까지 퍼져 있는 게 확인되었으며 최대 20개의 층까지 확인되었다. 또한 해왕성의 위성 트리톤과 더불어서 구름도 있을 것으로 추정된다.

명왕성의 표면 온도가 40~60K일 때 명왕성의 상공 20~40km 부근은 약 100~110K까지 온도가 올라간다. 이후 200km 높이까지는 80K까지 유지된다. 표면의 온도가 낮고 대기의 온도가 높은 이유는 표면 물질이 기화하면서 열을 빼앗아가며 온실가스인 메탄이 많은 명왕성의 대기가 상공에 역전층을 형성하기 때문이다.

1988년 근일점 근방에서 관측했을 때는 대기압이 0.15Pa였으나 2002년 조금 멀어지자 대기압이 0.3Pa로 늘어났다. 이는 명왕성의 북쪽 극관이 120년 만에 태양빛을 받으면서 승화되어 늘어난 것으로 보인다. 2015년 기준으로는 최대 대기압이 1.0Pa로 추정된다고 한다.

파일:Pluto's ion tail.jpg

뉴 호라이즌스의 관측 결과 대기는 적어도 지표에서 1,600km 바깥쪽까지 확장되어 바깥쪽에 있는 대기가 태양의 자외선으로 이온화되어 태양풍과 만나서 이온의 꼬리를 형성한다고 한다.

파일:Pluto’s interaction.jpg

태양풍과의 상호작용으로 발생한 이 꼬리는 상당히 복잡한 양상을 보이며 꼬리의 길이는 최소 명왕성 반지름의 100배 넘게 뻗어 있다고 한다. 이는 행성과 혜성의 중간 정도 되는 구조로 태양계에서 처음 발견한 것이다.

태양으로부터 멀어지면서 대기 구성 물질까지 지표면에 얼어붙어 대기 밀도가 감소하는 것으로 나타났다. #

4.2. 지형

5. 패턴 관측을 통한 발견과 명명

미국 퍼시벌 로웰 해왕성의 공전과 자전운동을 설명하며 아홉 번째 행성이 존재한다는 가설을 세웠고, 1930년 그의 제자인 클라이드 톰보[23]가 패턴화한 천체 관측을 통해 발견에 성공했다. 두 눈으로 일일이 확인해가면서 사진에 찍힌 수천개의 별 사이에서 움직이는 점 하나를 찾아내었다. 나중에 톰보가 말하기를, 그가 한 일 중에 가장 지루한 일이었다고.

발견 당시 발견자인 로웰 연구소 내부에선 제우스, 미네르바, 크로노스 등의 이름을 검토하고 있었는데 영국 옥스포드의 11세 소녀였던 베네시아 버니(Venetia Burney)가 플루토(Pluto)라는 이름을 제안한 사실이 신문을 타고 보도되며,[24] 연구소 내에 만장일치로 플루토라는 이름을 붙이기로 결정했다. 만장일치가 된 이유는 새로 발견한 행성을 Pluto라고 지으면 행성 기호에 P L이 같이 들어가게 되고, 로웰 연구소의 창립자이자 명왕성의 존재를 예언한 사람인 퍼시벌 로웰(Percival Lowell)의 머릿글자가 되기 때문이다.

5.1. 티티우스-보데 법칙에 어긋나는 천체

로웰의 예측에 따르면, 아홉 번째 행성은 해왕성의 운동에 영향을 줄 정도로 거대한 얼음 행성이어야 했다. 그런데 계산을 거듭할수록 명왕성 크기의 추정치는 점점 줄어들었다.[25]

명왕성의 발견을 티티우스-보데 법칙을 사용한 패턴화 관측의 결과라 주장하는 이들도 있지만, 보통 해왕성과 명왕성을 헷갈린 사람들이 하는 주장이며 해왕성은 보데의 법칙이 적용되지 않는 행성이다.[26] 보데의 법칙에 따르면 아홉 번째 행성은 태양에서 약 80AU(12테라미터)만큼 떨어져야 하는데 실제거리는 약 29~49 AU이며, 해왕성도 40.2 AU 떨어져야 하는데 실제론 약 30.1 AU이다.

결국 톰보의 노력이 없었으면 인류가 명왕성의 존재를 발견하게 되는 것은 더 나중의 일이 되었을 것이고, 행성의 정의에 대해 논의하는 일도 없었을지도 모른다.

6. 행성 분류에서의 제외

6.1. 카론의 발견

1978년 위성인 카론이 발견되면서 명왕성의 행성 지위는 위태로워지기 시작한다. 위성인 카론을 관측하면, 이로부터 명왕성의 질량을 확인할 수 있다. 그런데, 측정된 명왕성의 질량은 지구의 0.2%에 불과했고, 명왕성의 지름은 약 2,370km로 계산되었다.[27] 즉, 행성으로 보기에는 엄청 작았다. 행성이 아닌 과 비교해도 달이 5.65배 이상 무겁다 알려졌기 때문. 수성도 지구의 질량의 5.5%지만 명왕성과 비교하면 25.3 배 더 큰 셈이다.[28]

참고로, 명왕성의 표면적은 약 1,790만 ㎢로 러시아의 국토 면적(약 1,700만 ㎢)과 비슷한 수준이며, 명왕성의 지름은 러시아 국토의 최대 길이보다 작다.
파일:Pluto-Charon_System.gif
명왕성과 카론
게다가, 위성 카론과의 질량비가 8.5대 1이어서 질량 중심이 명왕성 내부가 아니라 명왕성과 카론 사이 우주 공간에 존재하기 때문에 카론이 명왕성 주위를 돌기만 하는 게 아니라 명왕성도 같이 공전한다.

참고로, 유의할 점은 행성-위성계에서 상호 공전하는 건 어떤 행성이든 같이 공전하는 것은 마찬가지이다. 어른 둘이 서로 손잡고 빙글빙글 돌면 누가 봐도 서로서로 같이 도는 모습이지만 어른이 아이를 붕붕 돌릴 경우 어른의 몸도 밸런스를 위해 자연스레 축에서는 약간 벗어나지만 크게 볼 때 '아이가 돌아가는' 모습으로 간주되는 것과 마찬가지. 이것은 행성과 위성뿐만 아니라 항성과 행성, 항성과 항성과의 관계에서도 똑같이 적용된다.

문제가 되는 것은 '질량 중심이 명왕성 밖에 있다'는 점이다. 이 때문에 명왕성-카론을 행성과 "위성 관계로 볼 것이냐", 아니면 "이중 행성으로 볼 것이냐"라는 논란도 발생했다. 참고로, 지구-달계의 질량 중심은 지구 중심에서 4,700km정도에 위치한다. 지구 반지름이 6,400km이므로, 질량 중심은 행성 안에 있고, 달은 명백하게 지구의 위성이 된다.[29][30]

결과적으로 카론이 발견됨에 따라, 명왕성의 크기와 질량이 파악되었고 명왕성-카론의 관계도 문제가 되는 등 모든 논란의 불씨가 되었다.

6.2. 세드나의 발견

2003년 오르트 구름 안쪽 가장자리에서 세드나가 발견되었다. 명왕성과는 비교가 안될만큼 큰 궤도 이심률을 가진 이 천체는 12,000년의 공전주기를 가지고 있었다.

최초 발견 시 측정된 크기가 명왕성의 3/4 정도인 약 1,800 km 정도로 추정되었기에, 세드나도 행성으로 인정해야 하는 것이 아니냐는 의견이 나왔다. 일단은 명왕성보다는 작았기에 그 주장이 크게 퍼지진 않았다.

6.3. 에리스의 발견

카론의 발견에도 불구하고, 천문학계의 대선배인 톰보를 존중하는 차원에서 명왕성의 행성 지위에 대한 이의 제기는 자제되고 있었다. 그런데 1997년 톰보가 사망하고, 2005년 1월 캘리포니아 공과대학교 마이클 브라운이 명왕성과 비슷한 궤도에서 명왕성 크기의 1.3배로 추정되는 에리스[31]를 발견하면서, '에리스보다 작은 명왕성도 행성인데 에리스가 행성이 되지 말라는 법이 있는가?'라는 논란이 시작된다'[32]. 미국 천문학계는 명왕성의 뒤를 이어 미국인이 발견한 에리스를 열 번째 행성으로 만들기 위해 각종 지원을 했다. 이에 대하여 세계 천문학계에서는 행성 개념에 대한 논쟁이 벌어진다.

미국 천문학계에서는[33] 명왕성의 행성 지위를 유지하기가 어려워지자 명왕성을 버려야 한다는 상황에 이르렀고 좀 더 조건이 나은 에리스를 명왕성을 대신할 9번째 행성으로 삼자는 제안을 하기까지 했다.

하지만 질량 관련 문제가 있던 명왕성(또는 에리스)을 행성으로 유지하기 위해 조건을 짜맞추어야 하는 이상한 상황을 대다수의 천문학자들은 인정하지 못했다. 게다가 그 조건을 완성시킨다고 해도 에리스와 비슷한 천체가 더 발견되어 행성의 개수가 계속 늘어나는 상황도 좋지 않았다.[34][35] 결국 명왕성은 에리스와 함께 행성에서 퇴출되었다.

6.4. 재분류 결정

2006년 8월 24일, 체코 프라하에서 열린 제26차 국제천문연맹 총회에서 '태양계 행성의 조건'을 정리하였다.
  • 태양을 중심으로 공전
  • 중력으로 안정적인 형태를 지닐 능력
  • 자기 궤도 근처의 모든 천체를 위성으로 만들거나 밀어낼 수 있는 능력
파일:external/upload.wikimedia.org/640px-ThePlanetDefinition.svg.png
행성 분류의 초안 이미지
이전에는 조건이 2개밖에 없었으며, 첫 번째 기준은 태양을 중심으로 공전, 두 번째는 원형을 유지할만한 중력을 가진 천체인데 IAU는 이에 대해서 질량이 5×1020kg 이상이거나 지름이 800km 이상[36]일 것이라고 하였다.

그런데 이 기준을 적용할 경우에는 명왕성과 현재 에리스인 천체 2003 UB313(당시 임시별명은 제나)뿐 아니라, 세레스와 카론까지 해당이 되어 태양계 행성이 12개[37]로 바뀌는 사태가 벌어지게 되는 것이다.(2006년 기준.)

결국 논쟁 끝에 새로운 조건이 만들어졌다. 명왕성은 공전 궤도가 해왕성에 종속되어 있고, 주변 카이퍼 대 천체들을 지배하에 둘 만한 충분한 중력을 갖지 못했기 때문에 태양계 행성에서 공식적으로 배제되어 세레스 및 에리스와 함께 왜행성으로 재분류됐다.[38]

파일:external/pbs.twimg.com/C7Uq2ZdVwAECu0m.jpg
에리스 발견자인 마이클 브라운 교수는 태양계의 행성이 12개로 늘어날 기류가 강해지자 본인이 직접 자신이 발견한 에리스는 행성이 아니며 마찬가지로 명왕성 또한 행성이 아니라고 적극적으로 반박을 했다. 명왕성의 지위를 위해 행성의 개념을 모호하게 두면 추후에 큰 문제가 일어날 것을 염려했기 때문이다. 결과적으로 행성의 개념이 재정립되면서 명왕성은 왜행성으로 강등되었고, 이에 대해 언론에선 그에게 '명왕성을 '퇴출'시킨 '명왕성 킬러'라는 칭호를 내렸다. 브라운 교수도 NGC 다큐멘터리에서 "전 '명왕성을 죽인 놈'으로 기억될 거예요."라고 코멘트. 미국에서는 항의 시위까지 있었고, 브라운 교수는 미국 등의 수많은 아이들이나 학생들의 엄청난 항의 편지와 전화를 받았다고 한다. 사실 미국인들 입장에서는 미국인이 발견한 유일한 행성이었다는 점과 외로운 곳에 위치한 작은 행성이라는 이미지가 있어서 명왕성에 대한 의미가 각별했다고 한다.

한편 이를 두고 명왕성이 '태양계'에서 퇴출되었다거나 태양의 중력을 벗어나서 우주 한공간으로 날아갔다고 오해하는 경우도 있으나, 행성의 분류에 속하지 않게 되었다 뿐이지 여전히 태양계 내부에 속한 천체이며 명왕성 자체에는 이렇다 할 변화가 없고 단지 인간이 명왕성을 보는 기준이 바뀐 것일 뿐이다.[39] 명왕성이 행성 분류에서 제외된 것은 천문학사상 사실상 존재하지 않다시피했던 행성의 정의를 명확히 하는데 결정적인 역할을 했다고 평가할 수 있어 명왕성의 천문학적 가치는 여전히 빛날 것이다.

6.5. 행성 복귀 가능성

행성의 조건을 다시 변경하기 전까지는 명왕성이 태양계의 행성으로 복귀될 가능성이 없다. 세계천문학연맹 총회에서 미국은 행성 카테고리를 2개(Classic Planets, Dwarf Planets)로 나누어 명왕성을 'Dwarf Planets'[40]카테고리에 넣으려는 시도를 하는 중이다.[41] 뜬금없는 카테고리 구분이지만, 이것은 명왕성을 왜행성으로 빼버리자는 논란 당시에도 나온 방식이라 반발은 적은 편이다.[42]

또 우리 태양계의 십여 개의 행성들 중 '기본 행성' 카테고리 내에 현재 알려진 8개의 행성들과 명왕성을 넣으려는 시도도 하는 중이다.

2015년 뉴 호라이즌스호로 인해 명왕성에 관심이 커진 가운데, 씨넷에서는 '다시 행성으로 돌려야 하는가?'라는 내용의 특집기사를 썼는데, 여기서 뉴호라이즌스호의 책임자인 엘런 스턴은 아주 엄격하게 적용하면 세 번째 기준은 지구, 화성, 목성, 그리고 해왕성에도 맞지 않는다는 주장을 폈다. 기사
게다가 '교과서를 다시 써야 한다.'와 같은 식의 문제 제기는 그저 생색내기에 불과하다는 주장도 있다. 굳이 행성을 모두 아이들에게 외우게 할 필요는 없다든가, 혹은 교과서는 어차피 몇 년에 한 번씩 개정하는데 뭐가 문제냐는 것이다. 또한 전공자들은 물질 원소번호도 다 외우는데 행성 몇 개 추가된 게 뭐가 문제냐, 또 최근 활발히 관측 중인 '외계 행성계'에는 명왕성-카론 같은 차이가 적은 동반 천체를 갖는 행성들이 많을 것으로 추정 중인데 이에 대한 기준은 행성계마다 전부 따로 정해야 하느냐는 문제도 있다.

6.6. 거대 혜성 가설

유럽 우주국 혜성탐사선 로제타가 관측한 추류모프-게라시멘코 혜성(67P/Churyumov-Gerasimenko)과 화학적 성분의 유사성이 나타나, 거대 혜성이 아닌가 하는 가설이 제기되었다. #

만약 혜성임이 확인된다면 상술한 키론이나 윌슨-헤링턴(Wilson–Harrington), 엘스트-피자로(Elst–Pizarro)처럼 소행성 번호와 혜성 번호 두 개가 같이 붙을 가능성이 높다.[44]

7. 명왕성의 위성

명왕성의 위성
카론 · 스틱스 · 닉스 · 케르베로스 · 히드라
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2015년 8월까지 발견한 위성들. 뉴 호라이즌스가 자료를 보내옴으로서 보다 구체적인 모습들이 공개되었다.
2015년 기준으로 태양계에서 가장 위성이 많은 고체 천체[45][46]의 타이틀을 갖고 있다.[47]
위성은 총 5개이다. 1978년 6월 하늘을 천체 관측하던 미국 해군 천문관측대에서 천문학자 제임스 W. 크리스티[48]가 명왕성의 위성 중 가장 큰 카론을 처음 발견했다. 이 카론은 위성 주제에 명왕성의 절반 크기이며 질량은 명왕성의 11.6%고, 두 천체는 아령처럼 항상 서로 한쪽 면을 마주본 채로 움직인다. 정확히 말하면 명왕성의 자전 주기가 카론의 공전, 자전 주기와 일치한다. 질량 중심이 모천체의 바깥쪽인 왜행성은 명왕성-카론뿐이다.[49] 그래서 명왕성-카론을 이중행성으로도 취급한다.[50]
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명왕성과 카론 및 그 외 위성들의 형성 과정은 지구와 달처럼 카이퍼 벨트 천체(KBO)와 충돌해서 생겼다는 설이 유력하다.

하도 멀리 떨어져 있다 보니 관측이 어려운 탓에, 다른 위성들은 2000년대에 와서야 발견했다. 특히 허블 우주 망원경이 이들 위성의 발견에 큰 몫을 차지한다. 2005년에 카론보다 훨씬 작은 위성들인 닉스 히드라도 이 망원경으로 찾아냈다. 2011년 6월 28일에 네 번째 위성을 발견했고, 약 한 달 남짓 뒤인 7월 20일에 국제천문연맹이 공인했다.

이후 한 동안 P4라는 학술 명칭으로 불리다가 2013년 7월 2일에 국제천문연맹에서 케르베로스라는 이름을 받았다. 그리고 2012년 7월 11에 추가로 위성 하나를 더 발견했다. 이 위성도 P5라고 불리다가 마찬가지로 2013년 7월 2일에 국제천문연맹에서 스틱스라는 이름을 얻었다.

지구와 달 역시 위의 명왕성과 카론 같은 관계로[51] 이미 달은 한 면만을 지구 쪽으로 고정시키고, 지구도 단순 계산에 따르면 500억 년 뒤에는 그럴 예정이라고 한다. 즉 지구의 한쪽 반구에서만 달을 볼 수 있는 것. 모천체 주위를 도는 천체가 그 중력으로 자전 주기와 공전 주기가 같아지는 현상을 가리켜 조석 고정(tidal locking)이라고 한다. 그 일이 일어나기 전에 태양 적색거성으로 변해 지구가 녹겠지만.

여담으로 몇몇 미국 천문학자들은 이렇게 위성을 많이 거느린 것은 행성 외에는 본 적이 없다며, 명왕성을 행성으로 다시 격상시켜야 한다는 주장도 있는데, 애초에 행성의 정의가 위성의 개수와는 관련이 없으니 설득력이 떨어진다.
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지구의 준위성인 크뤼트네처럼 준위성으로 1994 JR1이 있다. 다만 이는 해왕성의 영향을 더 크게 받아서 명왕성의 준위성 궤도가 된 것으로 보인다. 평상시에 수억 km 떨어져 있으며 명왕성보다 더 낮은 경사각인 3.8°으로 태양 주변을 돌고 있다. 2017년 명왕성에서 2.7AU의 거리에 있을 예정이다.
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명왕성과 위성들 사이의 실제 거리와 실질적인 크기 비율. 푸른색의 점은 명왕성과 카론의 공통된 질량 중심점이다. 2번째와 4번째에 있는 스틱스와 케르베로스는 보이지 않을 수도 있다.

8. 검은 점 무늬

명왕성 탐사선인 뉴 호라이즌스 호가 접근하면서 촬영한 사진에서 명왕성 표면의 검은색 점들이 발견되었다. 4개의 점이 일렬로 늘어선 모양. 당시에는 이게 무슨 무늬인지 의문이었으나 점차 근접 사진이 나옴에 따라 표면의 짙은 영역들로 나타났다. 또한 어두운 영역은 톨린이라는 탄화수소로 이루어졌을 것으로 추정된다. 아래에서도 나오겠지만 이 영역들은 나중에 각각 이름까지 부여받는다.

9. 뉴 호라이즌스

명왕성 탐사를 1차 임무로, 이후 카이퍼 벨트의 천체 탐사를 추가 임무로 띠고 2006년 발사된 미국의 탐사선이다.

2015년 7월 14일 명왕성에 제일 가까이 접근하여 여러 데이터를 지구로 전송했고, 명왕성을 지나[52] 카이퍼 벨트와 카이퍼 벨트의 천체 아로코트를 통과하였다. 자세한 내용은 항목 참조.

10. 사진

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11. 여담


[1] 2002 JT110이라고도 하는 소행성대의 천체다. 명왕성 다음 번호인 1979 MA보다도 작다고 한다. [2] 직경 수km 정도의 소행성이며 화성 궤도 가까이 들어오지만 궤도가 21도 정도 기울어져서 실제로 화성과 충돌 가능성은 낮은 것으로 추정된다. [3] 위 사진은 뉴 호라이즌스호가 명왕성에 근접해 촬영한 사진으로, 인류 역사상 가장 선명한 명왕성의 모습이다. [4] 서양에서 명왕성 이름의 유래가 된 하데스( 플루토)의 로마자 표기 PLUTO에서 PL만을 따와 조합한 것에서 유래했다. [5] [6] 명왕성과 카론 공전 궤도 사이를 통과하였다! [7] 지구의 0.1868배 [8] 지구의 0.035배. 러시아의 면적, 또는 남아메리카의 면적과 비슷하다. [9] 지구의 0.00651배 [10] 지구의 0.00218배 [11] 지구의 0.339배 [12] 출처 : https://arxiv.org/pdf/1601.05672.pdf [13] 해당하는 천체가 태양을 2번 공전하는 동안 해왕성이 3번 공전하는 주기를 갖는 천체들이 포함된다.(이를 줄여서 2:3 궤도공명이라고 한다.) 이렇게 정수비로 궤도 공명을 하는 천체는 비교적 안정적인 궤도를 갖는다. [14] 물론 카이퍼 벨트보다 명왕성이 먼저 존재가 확인되었다. 두 번째로 발견된 카이퍼 벨트의 천체는 1992 QB1, 즉 1992년에 발견되었다는 이야기다. [15] 다만 명왕성의 발견자 클라이드 톰보가 태어난 일리노이주와 교수 생활을 했던 뉴멕시코주에서는 여전히 행성으로 인식하고 있다. [16] 이 때문에 1979~1999년 사이 해왕성보다 안쪽에서 공전했다. "여덟 번째 행성"이라는 소리를 들었다는 이야기. [17] 사진을 보면 질소 호수의 흔적과 드넓고 쩍쩍 갈라져 있는 얼음 평원이 보인다. [18] Mean radius and shape of Pluto and Charon from New Horizons images arXiv에 올라온 최종 개정판 논문 참조. 여기에는 뉴 호라이즌스의 수석 연구원인 앨런 스턴(Sol Alan Stern)도 참여했다. 날짜는 2016년 6월 22일. 뉴 호라이즌스 호가 관측하기 전까지 명왕성의 직경은 약 2,306km으로 에리스의 2,326km보다 작다고 알려져 있었는데 이 결과를 통해 수정될 것으로 보인다. 이에 따르면 명왕성은 현재까지 확인된 해왕성 외부 태양계 물체 중 가장 큰 물체가 된다. [19] 이러한 가벼운 물질들은 목성급의 천체가 아니면 잡아두기 힘들다는 점도 한몫 한다. [20] 기사 [21] 3:2가 아니다. 3:2로 궤도 공명하는 천체는 해왕성이 두 번 공전하면 해당하는 천체는 세 번 공전한다는 이야기가 된다. 목성의 경우 이와 같이 3:2로 궤도 공명을 하는 힐다 소행성군이 있다. [22] 명왕성은 현재 1989년에 도달했던 근일점에서 멀어지는 중이기에 실제로 확인하려면 원일점에 가까워지는 21세기 말이 되어야 한다. [23] 야구선수 클레이튼 커쇼의 외종조부(큰외할아버지)이다. 참고로 커쇼는 집안 내력인지 천문학도 공부해서 아마추어 레벨은 넘는다고 한다. [24] 참고로 버니 여사는 명왕성이 태양계 행성 분류에서 제외되던 2006년에도 살아있었다. 왜행성 재분류 결정이 내려지기 몇 주 전의 인터뷰에서 "이 나이에 그것에 대해서 논쟁하고 싶지는 않지만, 개인적으로는 명왕성이 태양계 행성으로서 남아 있었으면 한다"고 말했으나 결국 그의 바람은 수포로 돌아갔다. 이후 2009년 90세로 세상을 떠났다. [25] 발견 직후에는 목성형 행성으로 추정되었지만, 위성 카론이 발견되면서 대략적인 크기가 드러났고, 1970년대 ~ 1980년대 후반까지도 여러 서적이나 전시회의 묘사에서도 태양계에서 가장 작은 행성은 수성이라고 적혀 있었고 명왕성은 화성과 비슷한 크기로 기록되어 있었다. [26] 무엇보다 천문학계에선 보데의 법칙은 이미 폐기되었다. 완전히 쓰이지 않는다기보다는 외계 행성이 있는 항성들에 맞춰서 개량되어서 쓰려는 시도가 있지만, 기존의 법칙은 쓰이지 않는다. [27] 한반도의 세로 길이의 2.4배 정도 밖에 되지 않는다. [28] 지름은 명왕성의 2배 수준이었지만 명왕성과는 달리 수성은 철이 많은 행성이라 평균 밀도가 3배 정도 더 높았다. [29] 행성-위성의 관계와 동반성의 관계를 굳이(태양과 지구도 사실 태양의 정중앙이 질량중심은 아니다. 태양과 목성의 질량중심은 아예 태양 표면의 바깥쪽이다.) 구분하는 사람들 사이에서는 명왕성-카론이 발견되기 전까지 행성급 천체 중 가장 동반성에 가까운 천체가 지구-달 이었다. [30] 당연하지만 지구-달은 지구가 지름이 4배 질량이 81배, 표면적도 13.5배나 넓기에 명왕성-카론에 비할 바가 못된다. 그나마 달이 모행성과의 차이가 가장 작은 편에 속하는지라 지구 중심에서 4700km되는 지점이 질량 중심이 될 수 있고 지구 바다에 조수간만의 차이를 만드는 등의 영향을 줄 수 있는 것이다. [31] 발견 당시 임시 명칭은 2003 UB313이었다. 이 발견으로 유럽과 미국 천문학계 사이에 엄청난 논쟁을 초래했고, 불화의 여신인 에리스로 이름이 정해졌다. [32] 그런데 정작 2015년 뉴 호라이즌스의 관측 결과 명왕성이 약간 더 크다는 것이 밝혀졌다. 물론 행성의 정의가 바뀌었기 때문에 이제는 뭐가 어떻든 상관이 없는 사항이다. [33] 심지어 미국 측은 유럽쪽 쪽수에 밀려 숫자의 폭력을 당했다는 주장까지 했으나, 19세기 세레스가 발견 당시에는 태양계 다섯 번째 행성 취급 받다가 이후 우후죽순 비슷한 천체들이 발견되면서 소행성으로 내려간 사례가 있다. 숫자의 폭력이라고 보긴 애매하다는 소리. When did the asteroids become minor planets? 참조 [34] 행성이 발견될 때마다 전세계의 교과서를 대대적으로 갈아치워야 하며 많은 서적들도 오류 투성이가 되어버리는 등 행성 발견은 천문학계에서 파급효과가 상당히 크다. [35] 사실 우주에 행성들이 얼마나 많을지, 또 명왕성-카론 같은 이중행성을 띄는 천체들이 얼마나 많을지를 생각해보면 행성이라고 해서 교과서에 반드시 다 소개해야 한다는 법은 없다. 또한 행성이라고 해서 반드시 의미 있는 이름을 지어주어야 한다는 법도 없기 때문에, 왜행성 문서에도 언급하듯이 행성 - 왜행성 - 소행성 천체 분류에 대한 이런저런 말들은 아직까지도 많다. [36] 마이클 브라운 박사는, 카이퍼 벨트의 얼음으로 구성된 천체들이라면 수압 평형으로 200km에서도 구형에 도달할 수 있다고 한다. 실제로 토성의 위성 미마스의 경우 400km지만 적도면이 조금 부푼 구형이며 메토네는 3km 크기의 위성이지만 매끈한 타원형을 하고 있다. [37] 수성, 금성, 지구, 화성, 세레스, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성, 명왕성, 카론, 에리스 [38] 또 크기가 달보다도 작기 때문에 제외되었다는 얘기도 있는데, 사실 행성의 조건에 크기 이야기는 따로 없다. [39] 또 위에 나와 있듯이 명왕성이 재분류되면서 이름이 '왜행성 134340'으로 바뀌었다고 오해하는 경우도 있지만 이는 단순히 일련번호일 뿐 명왕성의 실제 이름은 여전히 그대로 명왕성이다. [40] 이때 'Dwarf Planets'는 행성의 하위 카테고리가 된다. [41] 만약 이 기준을 적용하게 된다면 우리 태양계 행성의 수는 13개가 되며, 수성, 금성, 지구, 화성, 세레스, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성, 명왕성, 하우메아, 마케마케, 에리스가 이에 포함될 것이다. [42] 여담으로 2008년 6월, IAU( 국제천문연맹)은 해왕성 바깥 천체(TNO) 중 왜행성 천체를 통칭하여 플루토이드(명왕성형 천체)로 분류하기로 결정했다. 이 분류에 의하면 명왕성, 에리스, 마케마케, 하우메아가 플루토이드가 된다. [43] 물론 목성의 트로이 소행성들은 목성과 1:1로 궤도 공명을 하는, 목성의 중력으로 묶인 천체이므로 논외다. [44] 예시 중 하나인 키론은 소행성 번호 2060과 혜성 번호 95P가 같이 붙어 있다. [45] 기체 천체를 포함하면 2020년 기준으로 82개의 위성이 있는 토성이 가장 많다. [46] 참고로 태양계에서 명왕성 다음으로 위성이 가장 많은 고체 천체는 화성, 하우메아이지만, 꼴랑 2개밖에 안된다. [47] 쿠르즈게작트의 영상. [48] 1938년 9월 15일 출생으로, 2021년 6월 현재까지도 애리조나주에서 생존 중인 인물이다. 2008년 말 소행성대 천체 129564 크리스티가 그의 이름에서 명명되었다. [49] 비슷한 천체는 여럿 발견했지만 왜행성 정도로 분류된 천체 중에서는 명왕성-카론이 유일하다. [50] 무엇을 위성으로 취급하냐는 아직 IAU에서 명확하게 합의한 적이 없다. 그나마 명왕성-카론의 경우는 명왕성의 크기나 질량이 더 커서 확실하지만 소행성 90 안티오페나 617 파트로클로스같이 비슷한 크기의 천체가 가까이에서 서로의 질량 중심을 공전하는 경우도 있다보니 중심 천체의 정의도 애매한 편. [51] 의외지만 지구와 달도 명왕성과 카론 못지않게 행성:위성의 질량비가 비교적 차이가 나지 않는다. 어느 정도냐면 지구의 밀물과 썰물은 바로 달의 중력 때문에 생겨나는 것이고 지구의 자전축이 안정적인 이유도 달이 그걸 잡아주기 때문이다. 그래서 과학자들도 생물이 안정적으로 살아가고 있는 행성을 찾는데에 따르는 조건 중에 달 같이 행성에 비해 비교적 큰 위성의 존재도 꼽고 있다. [52] 플라이바이(flyby)라고 한다. 명왕성 주위를 공전하며 머물거나 착륙하지 않고 접근해 지나가면서 관측했기 때문. 플라이바이 중 특히 천체의 중력을 이용해 탐사선을 가속시키는 것을 특별히 '스윙바이'라고 부른다. [53] 사실 홀스트의 작곡 의도는 천문학이 아닌 점성술의 행성 이미지였기 때문에 명왕성이 없는 것이 당연하다. [54] 2014년 코스모스 리메이크의 진행자이기도 한 대중 과학자. [55] 명왕성이 플루토로 명명되기 전에 러브크래프트가 개인적으로 지었다. 이후 다른 작가들에 의해 히페르보레아어라는 설정이 생겼다. [56] 실제로 플루토의 이름은 명왕성에서 유래되었다. 플루토가 처음 만들어질 무렵, 명왕성이 발견되어 이를 기념하기 위해 이렇게 지어진 것이라고. [57] 다만 세레스도 행성 퇴출 사건이 있었다.