태양계 제 9행성 가설 - 보이지 않는 거대 행성의 존재 증거

태양계 제9행성 가설 – 보이지 않는 거대 행성의 존재 증거

제9행성 가설의 등장과 배경

태양계 제9행성(Planet Nine) 가설은 2016년, 미국 캘리포니아 공과대학의 행성과학자 마이크 브라운(Mike Brown)과 천체물리학자 콘스탄틴 바티긴(Konstantin Batygin)에 의해 발표되었다. 두 연구자는 명왕성보다 훨씬 먼 태양계 외곽에서 공전하는 몇몇 카이퍼벨트 천체의 궤도가 유사하게 정렬되어 있다는 사실을 발견했고, 이를 단순한 우연이 아닌 대규모 중력원의 영향으로 해석했다.

이 가설이 제시되기 전에도 태양계 외곽에는 미지의 행성이 존재할 수 있다는 추측이 있었다. 19세기에는 해왕성 발견 자체가 천왕성 궤도의 이상 움직임을 설명하기 위한 ‘수학적 발견’이었다. 이후 명왕성도 이런 맥락에서 탐색되었으나, 질량이 작아 해왕성 궤도의 변화를 설명하지 못했다. 제9행성 가설은 이러한 역사적 맥락 위에서 새롭게 제안된 최신 버전의 ‘숨겨진 행성’ 이야기다.

카이퍼벨트 천체 궤도의 이상 현상

카이퍼벨트는 명왕성 궤도 너머 30~50 AU(천문단위)에 걸쳐 분포하는 얼음·암석 천체들의 집합이다. 그러나 일부 천체는 100 AU를 넘는 장타원 궤도를 가지며, 그 원일점 방향과 궤도 경사가 놀라울 정도로 일치한다. 특히 세드나(Sedna), 2012 VP113, 2015 TG387 등은 근일점이 해왕성의 중력 영향권 밖에 있음에도 불구하고 서로 비슷한 궤도 군집을 이루고 있다.

브라운과 바티긴은 이러한 정렬이 통계적으로 우연히 발생할 확률이 0.007% 이하라는 계산을 제시했다. 이는 관측 편향을 고려하더라도 설명이 어렵기 때문에, 질량이 크고 먼 거리에서 공전하는 행성이 카이퍼벨트 천체들의 궤도를 장기간에 걸쳐 ‘조율’하고 있을 가능성이 높다고 주장했다.

행성의 질량·크기·궤도 추정

시뮬레이션 결과, 제9행성은 지구 질량의 약 5~10배, 반지름은 지구의 2~4배로 추정된다. 이는 태양계의 ‘미니 해왕성’ 또는 ‘슈퍼지구’급 크기다. 궤도 반지름은 평균 400~800 AU로, 태양에서 명왕성 거리의 15~30배에 달하며, 공전 주기는 1만~2만 년에 이른다.

이렇게 멀리 떨어진 행성은 태양빛을 거의 받지 못하고, 표면 온도는 -220℃ 이하일 것으로 예상된다. 반사율(알베도)이 낮을 경우 지상 망원경으로 포착하기 어려우며, 적외선으로도 매우 어둡게 보인다. 현재로서는 하늘의 넓은 영역을 체계적으로 탐사해야 위치를 찾을 수 있다.

간접 증거와 통계 분석

제9행성의 존재를 직접 관측한 사례는 없지만, 간접 증거는 계속 축적되고 있다. 먼 거리 혜성의 궤도 기울기 분포, 태양계 외곽 소천체의 평균 궤도 경사 변화, 일부 천체 궤도의 장기적 안정성 등은 거대 행성의 존재와 잘 부합한다.

특히 2015 TG387(일명 ‘고블린’)의 발견은 제9행성 가설을 지지하는 중요한 사례다. 이 천체의 궤도는 해왕성 중력 영향권을 벗어나 있으며, 원일점이 제9행성의 추정 궤도와 중력적으로 연결될 수 있는 위치에 있다.

관측 탐색 시도와 도전 과제

하와이 마우나케아 천문대의 수브루 망원경, 칠레의 블랑코 4m 망원경, 다크 에너지 카메라 등이 제9행성 후보 위치를 탐색하고 있다. 그러나 탐색 범위가 하늘 전체의 수%에 불과하고, 행성이 현재 궤도의 반대편 원일점 부근에 있다면 밝기가 너무 어두워 발견이 어려울 수 있다.

또한, 천문학적 ‘관측 편향’ 문제도 있다. 대부분의 심우주 탐사는 은하수 평면을 피하고 관측하므로, 제9행성이 은하수 방향에 위치한다면 배경 별빛 때문에 탐지가 거의 불가능하다.

대안 가설과 반론

일부 학자는 제9행성 없이도 현재 관측된 궤도 정렬이 설명 가능하다고 주장한다. 관측 대상 천체 수가 적고, 관측 가능한 영역이 제한적이기 때문에, 표본 편향이 궤도 클러스터링 현상을 만들어냈을 수 있다.

다른 대안으로는, 태양계 외곽에 다수의 왜소행성과 얼음 천체들이 모인 두꺼운 원반이 중력 효과를 만들어냈다는 ‘분산 질량 원반 가설’, 또는 태양이 은하 중심을 공전하면서 받는 미세한 조석력이 외곽 천체의 궤도를 변화시켰다는 가설이 있다.

발견 시 학문적 의미

제9행성이 실제로 존재한다면, 이는 태양계 형성 이론의 대대적인 수정이 필요함을 의미한다. 현재 태양계에서 지구 질량의 몇 배에 해당하는 행성은 해왕성 궤도 안쪽이나 외곽에 존재하지 않는 것으로 알려져 있다. 그런데 만약 외곽에서 발견된다면, 이는 행성 형성이 태양에서 매우 먼 거리에서도 가능했음을 뜻한다.

또한, 외계 행성계에서 흔히 발견되는 ‘슈퍼지구’나 ‘미니 해왕성’이 태양계에는 왜 없는지를 설명하는 단서가 될 수 있다. 제9행성은 바로 그 ‘잃어버린 행성’일 가능성이 있다.

향후 탐사 계획과 가능성

미국 NSF가 지원하는 LSST(대형 시놉틱 탐사망원경)는 2025년 이후 남반구 하늘을 광범위하게 촬영하며, 태양계 외곽의 미지 천체를 다수 발견할 것으로 기대된다. 이 망원경의 민감도와 관측 범위는 제9행성의 위치를 밝히는 데 결정적 역할을 할 수 있다.

향후에는 적외선 우주망원경과 전파 관측 기법을 결합해, 먼 거리에서 방출되는 약한 열 복사를 포착하는 방식도 고려되고 있다.

“제9행성은 보이지 않지만, 그 중력의 손길은 태양계 외곽의 작은 세계들을 춤추게 하고 있다.”

연대표

연도	사건	의미
1846	해왕성 발견	중력 이상을 통한 행성 발견 사례
1930	명왕성 발견	태양계 9번째 행성으로 분류(후에 변경)
2003~2015	세드나, 2012 VP113, 2015 TG387 발견	특이 궤도의 카이퍼벨트 천체 확인
2016	브라운·바티긴 제9행성 가설 발표	학계와 대중에 큰 반향
2016~현재	전 세계 탐색 시도	간접 증거 누적
2025~2030	LSST 가동 예정	발견 가능성 대폭 증가

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