[비즈한국] 지난 2020년 11월 3일 전 지구적인 관심 속에서 미국의 대선이 치러졌다. 미국 역사상 120년 만에 최고 투표율을 갱신할 만큼 미국 현지에서도 이번 선거에 대한 관심은 뜨거웠다. 그리고 14년 전 2006년 8월 어느날, 체코의 프라하에서는 이번 미국 대선 못지않은 뜨거운 투표가 벌어졌다. 천문학자들은 당시까지 태양계 마지막 행성으로 불리던 명왕성의 거취를 두고 치열한 공방을 벌였다. 그날 명왕성은 태양계 행성 멤버에서 방출당하는 수모를 겪게 되었다.
과연 2006년 8월 프라하에서는 무슨 일이 벌어졌던 걸까? 대체 왜 다른 행성들은 쏙 빼고 명왕성만 행성이 아닌 존재로 강등당한 것일까? 어느 때보다 뜨거웠던 이번 미국 대선을 기념해, 현대 천문학 역사상 가장 정치적이고 뜨거웠던 논쟁, 명왕성을 두고 벌어졌던 그날의 투표를 추억해본다.
#천체의 크기가 행성과 소행성의 기준이 될 수 있을까
사실 명왕성은 1930년 처음 그 존재가 발견된 순간부터 여러모로 잡음이 많았다. 데뷔 순간부터 명왕성은 어마어마한 안티 팬들의 공격을 받기 시작했다. 일단 태양계 행성들을 순서대로 훑어보면, 안쪽의 작은 암석 행성 네 개(수성, 금성, 지구, 화성)와 바깥쪽의 거대한 가스 행성 네 개(목성, 토성, 천왕성, 해왕성)을 볼 수 있다. 그래서 만약 태양계 행성들 사이에 선을 하나만 딱 그어서 태양계 행성을 두 그룹으로 구분한다면, 보통 화성과 목성 사이에 선을 그어 태양계 안쪽에는 작은 암석 행성만, 태양계 바깥쪽에는 큰 가스 행성만 오도록 깔끔하게 두 가지 그룹으로 구분할 수 있다.
그런데 해왕성 다음에 명왕성을 놓으면서 이 구분이 깔끔해지지 않는다. 해왕성 다음에도 또 거대한 가스 행성이 놓인다면 참 편안하겠건만, 당황스럽게도 해왕성 너머에서 새롭게 발견된 명왕성은 오히려 태양계 안쪽 행성처럼 훨씬 크기가 작은 암석과 얼음으로 이루어졌다. 심지어 명왕성의 크기는 너무 작아서 지구의 달이나 목성의 유로파 등 다른 행성들의 위성보다 살짝 더 작은 크기로 보였다. 이런 왜소한 ‘조약돌’을 행성이라고 불러줄 수 있을지에 대해서 처음부터 불만을 가진 천문학자도 적지 않았다.
하지만 당시까지 지름 몇 km 이하는 소행성, 지름 몇 km 이상은 행성으로 부른다는 식의 행성을 정의하는 크기에 대한 기준은 전혀 없었다. 또 애초에 무엇이 행성이고 무엇이 소행성인지를 단순히 천체의 크기만 갖고서 구분할 수도 없는 노릇이었다. 만약 지름이 2000km보다 큰 천체만 행성으로 정의한다는 식의 기준을 잡는다면, 지름이 1999km인 천체는 소행성이고, 지름이 2001km인 천체는 행성이 되는 다소 이상한 상황이 벌어지기 때문이다. 물론 우리는 주민등록 생년을 기준으로 18세 12월 31일 밤 11시 59분 59초까지는 술을 먹지 못하지만, 1초 뒤 19세가 되는 1월 1일 새해가 밝는 순간부터 술을 마실 수 있지만, 이런 기준은 관습적인 규칙일 뿐 과학적이라고 보기는 어렵다.
#행성이란 무엇인가
명왕성이 천문학자들을 불편하게 했던 것은 단순히 작은 크기뿐이 아니다. 명왕성의 궤도 역시 꽤 말썽이었다. 명왕성은 다른 점잖은 태양계 여덟 개 행성들과 달리, 상대적으로 크게 찌그러진 타원 궤도를 그렸다. 그래서 어떨 때는 명왕성이 해왕성보다 더 태양계 안쪽으로 들어와 태양계 천체 순서가 수금지화목토천‘명해’로 바뀌는 하극상을 일으키기도 했다.
게다가 명왕성의 궤도는 다른 행성들과 달리 유난히 큰 각도로 기울어져 있었다. 이렇게 크게 기울어진 타원 궤도를 그리는 천체는 보통 태양계 가장자리를 떠도는 얼음 덩어리 혜성에서 쉽게 볼 수 있다. 그래서 많은 천문학자들은 명왕성의 궤도만 보면 혜성으로 구분해도 될 정도라고 생각했다. 하지만 분명 명왕성은 다른 일반적인 혜성들처럼 뒤로 길게 가스 꼬리를 그리지 않는다. 또 다른 혜성들에 비해서는 분명 크기도 크고 아주 둥근 구형이다. 그래서 혜성이라고 구분하기도 어려웠다.
또 명왕성을 단순히 크기가 작으니까 소행성이라고 부르는 것도 어색했다. 당시까지 천문학자들은 소행성이 주로 화성과 목성 사이의 소행성대에만 놓여 있다고 생각했다. 결국 명왕성은 소행성이라 부르기도 애매하고, 혜성이라고 부르기도 애매한 상태였다. 그래서 딱히 뭐라고 부를 만한 기준이나 용어가 아직 없던 시절, 천문학자들은 일단 명왕성에 대한 깊은 논의는 보류하고 편의상 명왕성도 행성으로 불러주었다.
흥미롭게도 이렇게 명왕성에 관한 논쟁이 오랫동안 흐지부지 지연된 것은 인류가 당시까지 무엇이 행성이고 무엇이 행성이 될 수 없는지, 행성이 되기 위해서는 천문학적으로 어떤 조건이 필요한지, 행성이란 단어에 대해 명확히 과학적 정의를 정한 적이 없었기 때문이다. 사실 명왕성이 발견되고 문제를 일으키기 전까지만 해도, 딱히 복잡한 과학적 정의나 기준이 없어도 그냥 눈으로 보면 무엇이 소행성이고 무엇이 행성인지를 바로 알아볼 수 있었다. 당시까지 알려진 모든 소행성은 훨씬 크기가 작았고 각지고 울퉁불퉁한 모양이었다. 그와 달리 행성은 훨씬 크기도 크고 둥근 모양이었다. 무엇이 호수이고 무엇이 바다인지 사전적인 정의를 몰라도 그냥 보면 대강 구분할 수 있는 것처럼.
그런데 소행성도, 행성도, 혜성도 아닌 난감한 명왕성이란 존재가 새롭게 발견되면서 천문학자들은 그동안 스스로가 얼마나 아무런 과학적 정의에 대한 고민 없이 행성이라는 말을 써왔는지를 깨달았다. 결국 행성이란 게 대체 무엇인지, 행성이라고 불리려면 어떤 조건을 충족해야 할지에 대한 논의가 한 번도 진행된 적이 없었고, 명왕성을 행성이라고 인정하거나 반대로 행성이 될 수 없다고 쫓아낼 수 있는 아무런 근거가 없던 상황이었다.
#태양계 행성은 8개? 200개?
명왕성이 처음 발견되고 60여 년이 지난 1992년, 천문학자들은 명왕성과 비슷한 태양계 외곽에서 떠돌고 있는 또 다른 소천체들을 하나씩 발견하기 시작했다. 처음에는 이 소천체들도 새롭게 발견된 태양계 외곽 행성이라고 생각했다. 하지만 발견되는 외곽 소천체들의 수가 점점 많아지더니 200개를 웃도는 한 무리의 소천체가 발견되었다. 바로 태양계 최외곽 또 다른 소행성들의 무리, 카이퍼 벨트가 발견된 것이다. 결국 명왕성은 혼자서 태양계 가장자리를 지키는 꼬마 수문장이 아니었다. 명왕성은 태양계 가장자리를 맴도는 200여 개의 소천체 중 그저 하나에 불과했다는 사실이 밝혀진 것이다.
카이퍼 벨트의 존재가 발견되면서 명왕성의 입지는 치명적인 위기를 맞게 되었다. 결국 천문학자들은 명왕성 스캔들로 시작해 행성이란 용어의 과학적 정의가 절실하게 필요하다는 것을 깨달았고, 명왕성을 행성이 아닌 다른 종류의 천체로 새로 구분하고 강등할 필요가 있다고 생각했다. 다만 천문학자들은 명왕성을 처음 발견한 클라이드 톰보에 대한 일종의 존경 차원에서 명왕성의 거취에 관한 투표와 본격적인 논의는 톰보의 사후에 하는 것으로 합의한다.
결국 2006년 8월, 국제천문연맹 회의가 열리던 체코의 프라하에서 명왕성과 행성의 정의에 관한 결의안을 확정 짓는 최종 투표가 진행되기에 이르렀다. 많은 사람들은 이날의 투표 안건이 단순히 명왕성이 행성이냐 아니냐에 대한 것이었다고 생각하지만 사실 명왕성의 거취 자체는 투표의 핵심 안건이 아니었다. 이날 투표에서 천문학자들이 결정한 건, 행성이란 단어의 천문학적인 정의를 확정하는 것이었다.
명왕성을 그냥 계속 행성으로 인정하기로 합의한다면, 결국 명왕성뿐 아니라 명왕성과 비슷한 크기를 갖고 비슷한 궤도를 그리는 다른 200여 개의 카이퍼 벨트 천체들도 모두 행성으로 인정해야 한다. 반대로 어떤 절묘한 기준을 새로 잡아, 기존의 여덟 개 행성은 그대로 두고 명왕성과 카이퍼 벨트 천체들만 쏙 골라서 쫓아낼 수 있다면 한동안 아홉 개였던 태양계 행성 구성원은 다시 여덟 개로 줄어들게 된다. 결국 이날 천문학자들은 단순히 명왕성의 거취가 아니라 태양계 행성이 여덟 개여야 하는지, 200개가 될 수도 있는지를 두고 치열한 공방을 벌인 셈이다.
#명왕성이 행성이 되길 바랐던 미국 천문학자들의 말장난
명왕성은 20세기 들어 현대적 장비를 동원해 발견된 유일한 행성이었다. 또 앞서 유럽의 천문학자들이 발견한 다른 행성들과 달리, 유일하게 미국의 천문학자가 가장 멀리서 발견한 나름 의미 있는 행성이었다. 그래서 특히나 미국 천문학자들을 중심으로 명왕성에 대한 옹호 여론이 강했다. 반면 아시아와 유럽 배경의 천문학자들은 명확한 새로운 기준을 마련해 애매모호한 명왕성을 행성이 아닌 다른 천체로 규정하려는 마음이 컸다.
2006년 8월 당시 국제천문연맹 회의에서는 미국 천문학자들의 입김이 반영된 것으로 의심되는, 행성의 정의에 관한 결의안의 초안이 발표되었다. 당시 결의안 초안에는 기존의 여덟 개 행성(수성부터 해왕성까지)을 ‘고전적인 행성(classical planet)’으로 부른다는 기준이 있었다. 그리고 명왕성을 비롯한 다른 덩치 큰 소천체들을 ‘왜소행성(dwarf planet)’이라고 부른다는 새로운 기준이 추가되었다. 그런데 국제천문연맹에서 발표한 이 초안은 큰 혼란을 줄 여지가 다분했다. 그리고 그 혼란은 꽤 의도적이었다.
이 결의안의 초안에는 고전적인 행성과 왜소행성이 마치 행성이라는 카테고리의 하위분류인 것처럼 착각할 여지가 있다. 또 왜소행성이 행성의 하위분류인지 아니면 행성과는 다른 별개의 분류인지에 대한 명확한 언급이 없다. 겉으로는 마치 명왕성을 다른 기존 행성들과 구분하는 것처럼 보이지만, 실은 왜소행성이라는 행성 아래의 하위분류를 새로 만들어 결국 명왕성이 계속 행성의 한 종류에 포함될 수 있도록 지켜주고자 했던 미국 천문학자들의 말장난이었다.
계략을 눈치챈 일부 천문학자들이 연맹 측에 따지기 시작했다. 이들은 왜소행성이 행성이 아니라 전혀 별개의 구분임을 명시할 것을 요구했다. 결국 여러 공방을 거친 끝에, 연맹이 발표한 결의안의 초안에는 아래에 “왜소행성은 행성이 아니다”라는 (미국 천문학자들로서는 치욕스러울법한) 주석이 추가되었다.
#이렇게 가다간 지구도 행성에서 ‘아웃’?
그렇다면 천문학자들은 무엇을 빌미로 명왕성만 쏙 골라서 더 이상 행성이 아니라고 쫓아낼 수 있었던 걸까? 당시 국제천문연맹 회의를 통해 결정된, 태양계 행성으로 불리기 위해 충족해야 할 조건은 다음과 같다. 우선 태양이란 별 곁을 돌아야 한다. 또 충분히 큰 질량을 갖고 있어서 구형에 가까운 둥근 형태를 유지해야 한다. 이 두 번째 조건에서 덩치가 작은 울퉁불퉁한 소행성 대부분은 탈락한다. 또 다른 행성 곁을 도는 위성도 제외한다는 조건이 달려 있다. 그래서 지구의 달이나 목성의 유로파 등은 행성이 아닌 위성이라고 따로 구분된다.
하지만 이 세 가지 조건만 가지고는 이 논란의 중심, 명왕성을 행성이 아니라고 쫓아낼 근거가 없다. 그래서 여기에 더해 천문학자들은 한 가지 묘안을 떠올렸다. 바로 명왕성이 자기 덩치에 비해서는 부담스러운 위성을 거느리고 있다는 점이다. 명왕성은 크기가 자신의 절반 가까이나 되는 작지 않는 위성 카론을 거느리고 있다.
명왕성과 카론의 질량 중심점이 명왕성의 내부에 들어오지 못하고, 명왕성과 카론 사이의 허공에 놓이기 때문에, 명왕성과 카론은 허공에 있는 둘의 질량 중심점을 중심으로 함께 서로 곁을 맴돌게 된다. 또 명왕성은 이 덩치 큰 카론을 포함해 총 다섯 개의 위성을 거느리고 있다. 안 그래도 몸도 작은데 너무 무리해서 위성을 다섯 개나 거느리는 욕심을 부리고 있는 셈이다. 게다가 명왕성은 다른 카이퍼 벨트 천체들과 비슷한 궤도를 돌면서, 그 주변에서 전혀 위압적인 포지션에 있지 못하다. 그저 수많은 카이퍼 벨트 중 하나, 원 오브 뎀(one of them)일 뿐이다.
이러한 명왕성의 약점을 공략한 안티 명왕성 천문학자들은 행성을 정의하는 기준에 ‘그 주변 궤도에서 압도적인 궤도를 유지할 수 있어야 한다’는 마지막 조건을 추가했다. 그리고 이 마지막 항목을 근거로, 명왕성을 행성 리스트에서 쫓아낼 수 있게 된 것이다.
하지만 사실 ‘주변 궤도에서 압도적’이라는 말 자체도 다소 논란의 여지가 있다. 만약 행성 곁에 위성이 있을 때, 위성에 비해서 행성이 훨씬 더 압도적인 입장에 놓여야만 진정한 행성으로 인정해줄 수 있다면, 우리 지구도 머지않아 명왕성과 같은 처지에 놓일 수도 있다.
지구의 위성 달은 지름이 지구의 4분의 1이나 되는 그리 작지 않은 위성이다. 게다가 달은 지속적인 조석 마찰의 영향으로 서서히 에너지를 잃어 지구에서 멀어지는 중이다. 지구와 달 둘의 공전 중심에 해당하는 둘의 질량 중심점 역시 조금씩 더 지구 바깥으로 밀려나가고 있다. 만약 아주 오랜 시간이 지나서 지구와 달의 거리가 충분히 멀어진다면, 지구와 달의 질량 중심점 역시 지구 내부가 아니라 지구 바깥 허공에 놓이게 될 수 있다. 만약 그때까지 지구의 천문학자들이 2006년에 정한 행성이란 용어의 정의를 고수한다면, 자신들이 살고 있는 지구도 이제는 더 이상 행성이 아니라는 현실을 인정할 수밖에 없을 것이다.
이런 미래가 된다면 먼 후손 세대의 천문학자들은 또 한 번 큰 고민을 해야 할 것이다. 2006년 선조들이 합의한 결정을 존중해, 과감하게 지구도 이제는 더 이상 행성이라 부를 수 없으며 우주에서의 운명은 항상 변하기 마련이라고 인정하거나, 그게 아니면 지구는 지켜내고 명왕성만 쫓아낼 수 있는 또 다른 예외적인 기준을 마련해야 할 테니 말이다.
#명왕성이 아직 행성으로 대접받는 유일한 곳
행성 가운데 꼬꼬마 취급을 당하던 명왕성이 왜소행성이란 새로운 카테고리로 편입되면서 오히려 왜소행성에서 가장 덩치 큰 대왕 노릇을 하게 되었으니 섭섭함이 좀 덜 하지 않았을까 싶기도 하다. 결국 명왕성은 용의 꼬리 대신 뱀의 머리가 되었으니, 헤비급에서 최약체이던 선수가 라이트급으로 체급을 바꿔서 가장 강력한 선수가 된 셈이다.
이렇게 이제 명왕성은 공식적으로 행성이 아니지만, 흥미롭게도 지구상의 딱 한 곳에서만 특정한 시기에만 명왕성이 행성의 지위를 회복한다. 심지어 법적으로 말이다!
2006년 국제천문연맹의 결정이 발표된 후, 미국 전역에서는 한때 국민 행성으로 사랑받던 명왕성이 갑자기 행성 족보에서 쫓겨났다는 사실에 슬퍼했다. 당시 미국 시민들은 각 지역에서 명왕성 무죄, 명왕성 수호를 외치며 시위를 벌일 정도였다.
특히 명왕성을 처음 발견한 클라이드 톰보가 교수 생활의 대부분을 보내고 잠들어 있는 미국 뉴멕시코주는 명왕성에 대한 사랑이 남달랐다. 그래서 뉴멕시코주는 2007년 새로운 법을 만들어 ‘뉴멕시코주의 하늘 위로 명왕성이 지나가는 동안에 한해 뉴멕시코주에서는 명왕성을 행성으로 인정한다’는 조례를 개정했다. 그리고 클라이드 톰보가 명왕성을 발견했다는 소식을 처음 발표한 날짜인 3월 13일을 기념해, 2007년 3월 13일을 ‘행성 명왕성의 날(Pluto Planet day)’로 지정했다.
뉴멕시코의 명왕성과 클라이드 톰보에 대한 남다른 애정 덕분에 지구의 모든 다른 곳에서는 태양계 행성이 여덟 개라고 이야기하는 동안 뉴멕시코 이곳에서만 유일하게 태양계 행성이 아홉 개가 되는 시간을 보내게 된다. 명왕성은 지구에서 유일하게 바로 이곳에서만 합법적으로 행성으로서의 권리를 주장할 수 있겠다.
필자 지웅배는? 고양이와 우주를 사랑한다. 어린 시절 ‘은하철도 999’를 보고 우주의 아름다움을 알리겠다는 꿈을 갖게 되었다. 현재 연세대학교 은하진화연구센터 및 근우주론연구실에서 은하들의 상호작용을 통한 진화를 연구하며, 강연과 집필 등 다양한 과학 커뮤니케이션 활동을 하고 있다. ‘썸 타는 천문대’, ‘하루 종일 우주 생각’, ‘별, 빛의 과학’ 등의 책을 썼다.
지웅배 과학칼럼니스트
galaxy.wb.zi@gmail.com[핫클릭]
·
[사이언스] 우주의 유령 '암흑물질'을 찾는 새로운 방법
·
[사이언스] 에이리언·디스트릭스9의 외계인도 받아들일 수 있을까
·
[사이언스] 2020년 노벨 물리학상과 블랙홀 둘러싼 뒷이야기
·
[사이언스] 혜성에서 포착된 오로라가 말해주는 것
·
[사이언스] 별의 죽음을 옆에서 바라본 외계행성
