제9행성

2006년 8월 23일까지 태양계의 9번째 행성이었던 명왕성에 대한 내용은 명왕성 문서 참고하십시오.

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구조		안쪽 오르트 구름(힐스 구름) · 바깥 오르트 구름
각주
[A] 천왕성과 해왕성은 해왕성형 행성으로 따로 분류하는 학자도 있다.			}}}}}}}}}

제9행성
第九行星 | Planet Nine[1]

파일:external/upload.wikimedia.org/Planet_nine_artistic_plain.png

1. 개요2. 역사3. 특징4. 발견하려면?5. 이름6. 제10행성?7. 파파아웃(= 2018 AG₃₇)8. 같이 보기

[clearfix]

1. 개요

캘리포니아 공과대학교의 마이클 브라운 박사[2]와 콘스탄틴 바티긴 교수의 연구팀이 해왕성보다 더 바깥쪽에 있다고 주장한 아직까지는 미확인된 행성이다. 그들은 카이퍼 벨트, 오르트 구름 등 해왕성보다 공전 긴반지름이 긴 천체들(위 사진에 보이는 세드나족을 포함한 6개의 천체들)이 어떤 행성의 중력적 영향으로 인해 정수비의 궤도 공명을 하고 있으며 제9행성의 존재를 예측하고 있다.

2. 역사

일찍이 적외선 망원경 WISE는 해왕성 궤도 바깥(정확히는 대략 700AU 이상의 범위)에 그만한 크기의 행성이 존재할 가능성이 있다는 것을 알렸다. 이것과 개요에서 설명한 근거를 기반으로 제9행성의 존재를 주장한 마이클 브라운 교수는 명왕성을 행성에서 밀어내는 것에 주도적인 역할을 하였다. 즉, 이 행성이 발견되면 마이클 브라운 박사는 본의는 아니었지만 한 행성을 퇴출시키면서 행성을 발견한 입지전적 인물이 될 것이다.[3]

사실 이전에도 9번째[4](10번째)[5] 행성 가설은 항상 존재해 왔다. 니비루, 티케 등이 대표적이다. 하지만 이번에는 좀 다른 게 근거가 좀 더 명확해졌기 때문이다. 대표적인 근거를 댄다면,

현재까지 발견된 TNO 천체들 중 6개의 궤도가 특정한 방향과 각도로 쏠려서 태양 주위를 공전하고 있다는 상황이 우연히 성립할 확률은 [math(\dfrac{1}{14000}\approx0.007\%)]밖에 안 되고, 1의 상황이 필연적으로 성립되려면 카이퍼 벨트대의 질량이 현재의 100배 이상이거나, 현재 제9행성으로 불리는 천체들이 지구의 질량 10배 정도의 행성이 되어 이들의 궤도를 유지시켜줘야 한다.

퍼시벌 로웰은 위의 방법과 해왕성의 공전과 자전 운동을 통해서 명왕성의 존재를 추측했고, 이에 따라 그의 제자인 클라이드 톰보가 패턴화된 천체 관측을 통해 명왕성을 발견했다. 또한 그 이후에도 제9행성이 존재한다고 가정하고 작성한 수학적 계산 및 컴퓨터 시뮬레이션에서 해왕성의 공전 궤도와 거의 수직으로 태양을 도는 소천체들이 예측되었는데, 이러한 천체들이 실제로 발견되었다. 그리고 니비루, 티케 등은 비현실적으로 크게 묘사된 데 비해, WISE의 탐색 결과 태양계 주변 약 26,000AU 또는 0.4광년 이내에 목성급 또는 그 이상의 질량을 지닌 행성은 없을 가능성이 높다고 판단되었기 때문이다.

즉 위의 방법처럼 가설을 세워 실제로 발견한 8번째 행성이 있는 만큼 그냥 음모론이나 가능성 적은 가설로 볼 수만은 없다.[6]


■ 제9행성 가상 궤도 ■ 세드나 포함 6개 천체의 궤도 ■ 해왕성과 실제로 발견된 또 다른 소천체 무리의 궤도

6개의 소천체들과 제9행성의 궤도 비교
천체	태양계의 질량 중심 기준 평균 거리	태양계의 질량 중심 기준 공전주기	현재 태양 기준 거리	이심률	근일점 인수	궤도 경사각
세드나	507AU	11,400년	85.5AU	0.85	311.5°	11.9°
알리칸토 (2004 VN₁₁₂)	327AU	5,900년	47.7AU	0.85	327.1°	25.6°
2007 TG₄₂₂	503AU	11,300년	37.3AU	0.93	285.7°	18.6°
2010 GB₁₇₄	351AU	6,600년	71.2AU	0.87	347.8°	21.5°
2012 VP₁₁₃ [7]	266AU	4,300년	83.5AU	0.69	292.8°	24.1°
2013 RF₉₈	364AU	6,900년	36.8AU	0.90	311.8°	29.6°
제9행성	약 700AU	약 15,000년	1,000AU 가량?	약 0.6	약 150°	약 30°

실제로 1780년대에 해왕성이 발견됐을 때 천왕성의 궤도 불안정을 계기로 과학자와 수학자들이 가상 행성, 즉 현재 해왕성의 궤도를 계산했고, 실제로 정확히 예측함으로서 발견되었다. 그런데 현대에 세드나 등 6개 소천체들의 유사 궤도 공명 현상을 계기로 가상 행성의 궤도를 계산하고 있는 것이다. 다시 말해 이 제9행성이 실제로 정확히 예측될 가능성이 매우 높다는 것이다.

주의할 것은 이는 관측한 소행성을 대상으로 계산한 값이라는 것이다. 소천체들은 대부분 지름이 1000km 이하로 크기가 비교적 작고 인간이 관측한 것은 극히 미미한 양에 불과하다. 발견하지 못한 다른 소행성과의 상호작용이 원인일 수도 있기 때문에 섣부른 판단은 금물이다.

다만 지금까지 발견한 소천체들 중 그림과 같이 원일점이 먼 천체들의 수가 많지 않다. 2017년 2월 상반기 기준으로 근일점이 31AU 이상, 원일점이 300AU 이상인 천체는 16개에 불과하다. 그 중 37.5%가 포함되는 것이다.

3. 특징

위의 사진은 제9행성이 천왕성, 해왕성과 비슷한 거대 얼음 행성이라고 가정하고 예상하는 내부구조이다.

지름은 약 26,000~52,000km[8]로, 질량은 초기에는 지구 질량의 10배로 추정되었으나 이후 지구의 약 6.2배( 출처) 정도로 계산되었다.

공전 반지름이 상상을 초월한다. 원일점에 있을 때는 태양으로부터 1200 AU나 떨어져 있고 근일점에 있을 때는 200AU 떨어져 있다고 한다. 긴반지름은 700AU 정도라고 한다. 발견된다면 지금까지 발견된 태양계 내에서 가장 멀리 떨어져 있는 천체[9]가 될 것이다.

공전 궤도의 이심률은 0.6 정도로 생각되며, 기울기는 황도로부터 무려 30도 정도로 추정된다. 만약 원에 가까운 궤도라면 태양과의 거리에 따라 크기가 바뀌는 힐 권의 영향으로 세드나를 포함한 6개의 천체는 태양계를 탈출하거나 보다 안쪽 궤도로 들어왔을 가능성이 매우 크다.

이 행성을 발견하기는 쉽지 않을 것으로 예상된다. 겉보기 등급이 22등급보다 어두울 것으로 추정되기 때문이다. 저 22등급이 얼마나 어두운 것이냐면, 명왕성의 위성인 카론(16.8등급)은 물론 평균 40~50km대의 두 위성 닉스(23.38~23.7등급)와 히드라(22.9~23.3등급)와 동급이거나 그 이하, 현재 발견된 태양계 최외곽 천체 중 밝은 편일 것으로 추정되는 세드나(21등급)보다도 어둡다. 이 외에 거리도 너무 멀다는 것이 문제인데, 근일점도 200AU인데 근일점이 50AU인 세드나도 그 존재만 확인했지 탐사선을 보낼 엄두도 못 낸다. 게다가 그마저도 얘가 현재 근일점에 있어서 발견이라도 할 수 있던 것일지도 모른다면 제9행성은 말할 것도 없다. 어쩌면 직접 탐사선을 띄우지 않는 이상은 발견할 수 없을지도 모르고.

위의 예시에 있는 6개의 천체 중 가장 어두운 편인 2010 GB₁₇₄(25.2등급)까지 가면 제9행성의 최대 예상 밝기보다 어두워지는 정도다.

학자들로부터 대개 천왕성 및 해왕성과 비슷한 부류의 목성형 행성, 더욱 정확히는 거대 얼음 행성으로 추정되었다. 다만 지구형 행성일 가능성이 없는 것은 아닌데, 만약 지구형 행성이라면 지름이 지구보다 2배 이상 큰 슈퍼지구일 것이다. 이후 제9행성의 질량이 지구 질량의 6.2배로 예측되었으며, 목성형 행성보다는 슈퍼지구일 가능성이 높아졌다. 물론 외계 행성들 중 미니 해왕성형 행성들도 발견되는 만큼 목성형 행성일 가능성은 여전히 있다.

제9행성이 슈퍼지구여서 표면에 착륙이 가능할 경우, 인간이 착륙한다면 약 3G 정도의 중력을 느끼게 된다.

태양계의 탄생 가설을 뒤엎을 수도 있기에 많은 이들의 주목을 받는다. 태양계 형성 당시에는 지금보다는 훨씬 많은 물질이 있었다지만, 그 당시에도 외곽 궤도에는 행성급 천체를 생성할 만한 재료(암석, 물, 암모니아, 수소 등)가 부족했고,[10] 설사 물질이 많았다고 쳐도 외곽 궤도는 거리가 멀어서 물질간 중력이 약했기 때문에[11] 행성을 만들 시간이 충분치 않았다는 것이 정설인데, 이 행성이 발견되면 행성이 없던 태양계 외곽의 역사 같은 것을 연구할 기회가 더 늘어나기 때문이다.

현재 태양계 초기 생성 과정 가설 중 하나에 따르면 태양계의 역사 초반에[12] 목성과 토성의 궤도는 지금보다 더 가까웠는데, 이 둘이 2:1 궤도공명 상태에 접어들었다. 목성이 2바퀴를 돌 때 토성은 1바퀴를 돈다. 그로 인하여 두 행성[질량] 간 중력 섭동이 발생해서 태양계를 헤집어놓아버리는 바람에[14] 목-토-해-천[15] 간 대규모 중력 섭동이 연쇄적으로 발생했다.

이 여파로 소행성들이 이리저리 튕겨나가면서 대충돌 시기가 닥쳤고,[16] 목성과 토성보다 훨씬 질량이 작았던 천왕성과 해왕성의 경우 현재보다 태양에 더 가까웠던 해-천 궤도에서 현재의 천-해 궤도로 튕겨져 나갔다고 설명한다. 어쩌면 이때의 천왕성과 해왕성의 중력 섭동 때문에 저 5개 외행성 중에서 질량이 추정치 지구 질량의 6.2배로 제일 작은 제9행성까지 저 멀리 튕겨나간 것일지도 모른다.[17]

태양계 행성들의 궤도가 태양 자전축을 기준으로 6도 정도 기울어져있는데, 원인이 제9행성 때문일 수 있다는 연구 결과가 나왔다. #

미시간 대학교의 프레드 에덤스(Fred Adams) 교수는 2019년을 기준으로 약 10~15년 후면 제9행성의 존재를 알고 관찰하기 수월할 정도로 태양에 접근할 것으로 보인다고 예측했다. #

발견하기 어려운지, 2019년 9월에는 이 제9행성이 작은 원시 블랙홀일 것이라는 가설까지 제기되었다. 연구에 따르면 볼링공 또는 야구공 크기일 것이라고 한다. #1, #2 그러나 만일 제9행성이 블랙홀이더라도 가까이 접근하지 않는 한 주변 천체들이 빨려들어갈 가능성은 없다. 또한 이 경우 지구에서 가장 가까운 블랙홀이므로 정확한 위치를 밝혀내 탐사선을 보낼 수 있다면 블랙홀 연구에 큰 도움이 될것이다.

2020년 OSSOS의 데이터 분석은 제9행성의 존재에 의해 예측되는 밀집 현상의 증거를 발견하지 못했다. 브라운-바티긴 논문의 안 좋은 소식은, 해당 보고가 대부분의 TNO의 궤도가 제9행성의 존재 없이도 물리적으로 설명 가능하다는 것을 밝혔다는 것. #

2021년 캐나다 브리티시 컬럼비아 대학교의 브렛 글레드먼 교수와 애리조나 대학교의 캐서린 볼크 교수는 해왕성 너머 어둠 속에 지구나 화성 크기의 행성이 존재할 수 있다는 새로운 주장을 제기했다. 이들에 따르면 현재의 태양계 형성 및 진화 모델은 목성에서 해왕성까지 거대 가스 행성 4개 너머로 왜행성 및 혜성 같은 작은 천체만 있을 가능성이 희박하며, 해왕성 너머의 가상 행성은 태양계 형성 초기에 바깥쪽에 있는 다른 거대 가스 행성 사이에 있다가 중력 작용으로 더 바깥으로 밀려난 것으로 분석됐다고 한다. #원문 기사, #국내 기사.

2023년 9월 1일, 킨키대학과 일본 국립 천문대의 패트리크 소피아 리카우카(Patryk Sofia Lykawka)와 타카시 이토는 해왕성 궤도와 그 밖의 궤도를 도는 천체들인 trans-Neptunian objects (TNOs)의 궤도를 계산해서 지금까지 발견되지 않은 천체가 중력을 행사하고 있을 가능성을 제시했다. 연구팀에 따르면 이 미지의 천체는 지구 질량의 1.5~3배 정도 질량을 지니고 있으며 거리는 250~500AU 정도다. 가장 특이한 점은 궤도 경사(orbital inclination)가 무려 30도에 달해 상당히 기울어진 채로 공전하고 있다는 것이다. #

4. 발견하려면?

제9행성을 발견하려면 일반적인 망원경 레벨에서는 사실상 불가능하고 궤도를 계산해서 추정 위치에 직접 탐사선을 날려 보내거나 제임스 웹 우주 망원경처럼 거대한 우주 망원경을 동원해야 할 것으로 전망되고 있다.

우주 개발에 열을 올리는 국가들이 많다고 하더라도 실질적으로 이익을 보기 힘든 사업에 막대한 양의 돈을 쏟아부을 리는 만무하다. 아니면 아로코트, 2014 OS₃₉₃, 2014 PN₇₀처럼 다른 목적으로 날려진 우주선 [18]과 관련한 탐사에서 우연히 발견하는 방법밖엔 없다.

스타샷 프로젝트가 실현화될 경우 솔라 세일을 사용하는 초경량 탐사선 여럿을 보내 발견 또는 탐사하는 방법도 있다. 보이저 탐사선으로는 약 100년 가량 걸리는 거리이지만 솔라 세일로는 이보다 빨리 도착할 수 있다. 스타샷 탐사선의 대당 가격은 스마트폰과 비슷한 수준으로 예상되며, 발사당 에너지 비용은 약 63억 원으로 예상되므로[19] 인프라만 갖춰진다면 상대적으로 저렴하게 탐사할 수 있다.

제9행성이 블랙홀일 경우 관측 난이도가 더욱 올라가지만, 물체가 우연히 접근해 빨려들어가면 빛이 발생하므로 이를 통해 발견이 가능하다.

일단 제임스 웹 우주 망원경이 실질적으로 관측을 시작하는 2022년 6월 이후의 첫 관측 프로젝트가 제9행성의 탐색과 외계행성 탐색이라서 의외로 조만간에 실체가 드러날 수도 있을 것으로 예상하는 의견도 있었으나 이에 관한 발표는 2024년 중반까지도 없어서. 사실상 관측으로는 불가능한것 아닌가 하는 관측도 있다. 다만 2027년 발사 예정인 낸시 그레이스 로먼 우주망원경이나 2030년대 발사 목표로 추진중인 LUVOIR도 있기 때문에 이들이 발사된뒤의 관측을 지켜봐야 한단 의견도 있다.

5. 이름

현재 명명권은 마이클 브라운 박사가 쥐고 있다. 최초의 논문에서는 'perturber(흔드는 존재)'를 썼고 실제 이름으로는 여호사밧(Jehoshaphat), 조지(George), 그 외 로마 신화의 신 이름 중 하나를 선택할 것이라고 한다. 해당 기사에서는 밤의 여신 닉스의 로마 명칭인 녹스로 추측하고 있다.[20] 그 외에도 비공식적으로 패티(Fatty) 등을 쓰기도 한다.

6. 제10행성?

2017년 발표된 애리조나 대학교 연구진의 예측에 따르면 화성~지구 정도 크기의 제9행성이 태양으로부터 60AU 정도 떨어진 8도 가량의 경사각 궤도를 공전하고 있을 거라는 주장이 나왔다. 카이퍼 벨트의 여러 천체의 경사각을 비슷하게 맞춰버리는 이 제법 큼직한 천체는 하나가 아니라 둘일 수도 있는데, 어쨌든 크다고 해봤자 긴반지름 700AU짜리 지구 2배 이상 사이즈의 목성형 행성에 비하면 보잘 것 없는 크기에 보잘 것 없는 거리라서인지 둘 다 존재할 가능성은 충분하다고. 물론 보잘것 없는 크기라고 해도 소행성만 가득한 카이퍼 벨트에 저 정도 크기의 행성이 존재하는 것은 놀라운 사실이긴 하다.

점차 신빙성을 높여가고 있는 슈퍼 사이즈 목성형 행성과 함께 존재한다는 것이 입증된다면 이 문서에서 주로 다루는 '9번째 행성'은 졸지에 '10번째'가 되겠지만, 어느 하나라도 예측을 넘어 관측을 통해 존재가 입증된 바는 없다 보니 아직까지는 모두들 '제9행성'이란 논의로 함께 다뤄지고 있다.

7. 파파아웃(= 2018 AG₃₇)

한편 위에 열거된 것들과는 별도로 태양계에서 가장 외곽을 도는 것으로 여겨지는 천체가 발견되었다. # 이쪽은 원일점이 132.71(±7.44) AU에 달하는 것으로 추정된다. 2021년 2월 10일 2018 AG₃₇이라는 임시 명칭이 붙었으며,[21] 코드네임에 "파파아웃"(far far out)이란 별칭이 붙어있는 상태.

발견자인 카네기 연구소의 스콧 셰퍼드 박사는 이전부터 제9행성의 존재를 연구하던 학자들 중 한 명이다. 사이언스 매거진에 의하면, 셰퍼드 박사는 폭설로 관련 회의가 24시간 연기되자 비는 시간에 관측 자료들을 검토해보다가 발견해낸 것이라고 한다.[22]

그리고 이보다 몇 달 전 셰퍼드 박사 연구팀은 120AU 거리를 공전하는 2018 VG₁₈이란 천체를 먼저 발견했는데, 여기다가는 '파 아웃(far out)'이란 별칭을 붙여놓았다고 한다. 그러니까 파파아웃은 파 아웃보다 더 먼 데 있는 거라는 뜻.[23]

참고로 발견자인 셰퍼드 박사는 이 천체가 V774104와 비슷한 점을 언급하면서 주의를 당부했다. V774104의 상황에 대해서는 해당 문서 참조.

8. 같이 보기

[1] Planet X라고 부르기도 한다. [2] 그 유명한 명왕성 킬러이다. 정확히는 에리스와 하우메아 등을 태양계의 새로운 행성으로 추가시키려 했는데, 오히려 역효과로 본의 아니게 애꿎은 명왕성만 왜소행성으로 강등 당하게 만든 사람이다. [3] 명왕성은 20세기 들어 발달한 초기 미국 천문학계의 자존심과 같은 것이고, 마이클 브라운 박사도 미국인인 데다 명왕성 발견자인 클라이드 톰보도 미국인이기 때문에 미국인들에게도 큰 의미가 될 것이다. [4] 해왕성이 발견된 1846년부터 명왕성이 발견된 1930년까지, 그리고 명왕성이 퇴출된 2006년부터 현재까지. [5] 명왕성이 발견되고 행성으로 인정받았던 1930년부터 2006년까지. [6] 니비루의 경우는 최소 해왕성에서 최대 목성 질량 정도로 상상됐고, 티케는 한 술 더 떠서 목성 질량의 4배(=지구 질량의 약 1300배)로 상상됐다. 물론 위에서 소개된 WISE의 탐색 결과 앞의 니비루 가설과 티케 가설은 부정되었다. [7] 2019년 1월 현재 세드나와 함께 3개의 세드나족 천체 중 하나다. [8] 밀도에 따라서 변동이 있는 것으로, 만약 이 행성이 해왕성보다 조금 더 높은 수준의 밀도인 2g/cm³이라면, 지름은 약 38,000km으로 지구 지름의 3.1배 수준이 될 것이다. 또한 슈퍼지구라면 이보다 더 작은 지구 지름의 약 2배 정도가 될 수 있다. [9] 모성에서 가장 멀리 있는 행성은 아니다. 떠돌이 행성을 제외하고 현재까지 발견된 모성에서 가장 멀리 떨어져 있는 행성은 2MASS J2126-8140이며, 모성과 무려 7000AU나 떨어져 있다. 그런 고로 공전주기가 무려 90만년이나 된다. [10] 이것 때문에 천왕성과 해왕성의 생성에 대한 가설도 천왕성과 해왕성이 생성될 당시에는 현재 궤도보다 태양에 더 가까운 곳에서 생성되었다고 설명하고 있다. [11] 만약에 카이퍼 벨트에서 지구급의 행성이 생성되려면 100억 년이 걸릴 것이라는 연구 결과도 있다. [12] 약 42~38억년 전쯤 시기로, 이 시기의 지구는 명왕누대이다. [질량] 태양계에서 목, 토, 해, 천 순으로 질량이 높다. 지구 질량을 1로 놓을 때 목, 토, 천, 해 각각 318, 95, 14.5, 17의 질량을 지닌다. [14] 이 가설을 목성 점프 시나리오(jumping-jupeter senario)라고 한다. [15] 과학자들의 연구 결과, 태양계 생성 초기에는 현재와는 다른 목-토-해-천 궤도를 지녔다고 추정된다. 어찌 보면 태양과의 거리가 해왕성이 천왕성보다 가까웠으니 물질이 더 많아서 질량을 끌어모으기 더 쉬웠을 테고, 그에 따라 질량도 더 커진 것으로 생각할 수 있다. [16] 내행성들은 그로 인해서 대규모 소행성 폭격을 당했으며, 달도 이때쯤에 생성된 것으로 보인다. [17] 실제로도 목성, 토성 같은 행성이 하나 더 있으면 서로의 중력 작용으로 그 중 하나 정도는 태양 인근까지 근접하거나 아니면 멀리 튕겨진다고 한다. [18] 명왕성 탐사가 주 목적이던 뉴 호라이즌스는 2030년 중반까지 수명이 남아있기 때문에, 명왕성을 탐사하는 김에 경로상 자세한 탐사가 가능한 카이퍼 벨트에 있는 이 3개의 탐사 후보들 중 하나를 다음 탐사 목표로 삼았다. 아로코트는 2019년 1월 1일에 탐사. [19] 레이저 배열이 발사당 소모하는 에너지는 약 63GWh이며, 발전 비용은 kWh당 100원 정도인 점을 감안한 계산이다. [20] 다만 2016년 1월 21일 마이클 브라운 박사는 더 애틀랜틱 주간지와의 인터뷰에서 이 행성이 구체적으로 관측되면 로마 신화의 신 이름 중 하나를 붙일 것이라고 했다고 한다. 출처는 한국어 위키백과 10번 링크 및 더 애틀랜틱 인터뷰. [21] 출처: "MPEC 2021-C187 : 2018 AG37". [22] 사실 이런 식으로 할 짓이 없어져서 딴 짓거리 할 만한 걸 찾다가 자료를 뒤지거나, 온갖 별 짓을 다 하다가 뭔가 발견하거나 깨달음을 얻는 경우는 꽤 흔하다. [23] 2021년 7월 기준으로 근일점은 2018 VG₁₈이 더 멀다. 2018 AG₃₇의 근일점은 해왕성 궤도 안쪽인 27.059(±5.2407) AU로, 가장 멀게 잡아도 2018 VG₁₈의 근일점보다는 먼 상태다.