카이퍼 벨트

카이퍼 벨트(Kuiper Belt)는 태양계의 해왕성 궤도(태양에서 약 30AU)보다 바깥이며, 황도면 부근에 천체가 도넛 모양으로 밀집한 영역이다. 바깥쪽의 경계는 모호하나 바로 오르트구름과 이어져 있으리라 생각된다. 태양으로부터 약 30~50AU 정도의 거리에 분포한 카이퍼 벨트는 보통 단주기혜성의 기원으로 보고 있다.

 

카이퍼벨트는 태양으로부터 약 30~50AU 정도의 거리에 천체가 도넛 모양으로 밀집한 영역을 말한다.

 

 

카이퍼 벨트는 궤도 장반경과 근일점거리로 정의 카이퍼 벨트는 쉽게 태양과의 거리로 구분하지만 정확히는 궤도요소의 궤도 장반경과 근일점거리로 정의된다. 카이퍼 벨트는 고전적 카이퍼 벨트와 산란원반(Scattered Disk)으로 나뉜다. 또한, 여기에 추가로 E-SD(Extended Scattered Disk)를 넣기도 한다. 안쪽 경계인 해왕성 궤도를 제외하고 다른 부분의 구분은 명확하지 않다.        • 고전적 카이퍼 벨트         고전적 카이퍼 벨트란 궤도 장반경이 해왕성(약 30AU)보다 크고, 공전주기가 해왕성의 약 2배(약 48~50AU) 이하인 천체들의 영역         을 말한다. 이곳의 천체들은 해왕성의 중력의 영향을 강하게 받으며, 이 부분만을 카이퍼 벨트라고 부르는 경우도 있다.        • 공명 카이퍼 벨트          고전적 카이퍼 벨트 중에서도 특히 공전주기가 해왕성과 정비례의 관계인 영역으로 해왕성과 큰 공명관계를 가진다.        • 산란원반          궤도 장반경이 약 48~400AU 정도인 영역으로, 근일점거리는 약 40AU 이하이며, 근일점에서는 해왕성의 중력의 영향을 받는다.                • 확장된 산란 원반(Extended Scattered Disk)         궤도 장반경이 약 48~500AU, 근일점 거리가 약 40~80AU이다. 이 영역에서는 해왕성의 중력의 영향을 거의 받지 않고, 일반적인          고전적 카이퍼 벨트에는 포함되지 않는다. 이곳의 대부분 천체는 궤도 경사각이 10도 이하로 30도를 넘는 것은 거의 없다. 따라서         전체적인 카이퍼 벨트는 도넛 모양의 평평한 디스크 형이라고 할 수 있다.

 

카이퍼 벨트에 있는 천체를 카이퍼 벨트 천체(KBO)라고 한다. 주로 물과 얼음으로 된 작은 천체로 보통 소행성으로 취급한다.   KBO는 고전적 KBO와 흩어진(scattered) KBO, 그리고 공명 KBO로 나눌 수 있다. 고전적 KBO는 보통 궤도거리가 약 30~50AU로 본다. 흩어진 KBO는 고전적 KBO에 비하여 궤도 이심률이 크다. 또한, 궤도 기울기도 더 큰 편이며, 근일점의 거리는 보통 35AU 정도로 보고 있다. 이 흩어진 KBO는 단주기혜성의 근원 중 하나인 것으로 추측되고 있다. 마지막으로 공명 KBO는 해왕성과 궤도 공명 관계에 있으며, 공전주기의 비율에 의해, 명왕성족 등 몇 개의 족으로 나뉜다. 또한, 왜소행성 에리스(Eris)처럼 산란원반에 위치하고 근일점이 멀고 이심률이 큰 천체는 산란 원반 천체(SDO), 또는 산란 카이퍼 벨트 천체(SKBO)로 구별되기도 한다. 근일점에서도 약 76AU까지밖에 접근하지 않는 소행성 세드나(Sedna)는 확장된 산란 원반(Extended Scattered Disk) 천체, 혹은 오르트구름 천체로 보고 있다.

카이퍼 벨트와 오르트구름

 

산란 원반 천체로 구분되는 왜소행성 에리스와 위성 디스노미아.

확장된 산란 원반 천체, 세드나.

 

 

가설로 시작된 카이퍼 벨트의 역사 1949년 아일랜드의 천문학자 에지워스(Edgeworth)와 1951년, 미국의 천문학자 제러드 카이퍼(Gerard Kuiper)가 각각 황도면 가까운 곳에 혜성의 집합장소로서 존재할 것이라 제안하였다. 한때는 모든 혜성의 기원이 오르트구름이라고 생각했지만 관측결과 대부분의 단주기혜성의 궤도 경사각이 0에 가까운 것에서, 단주기혜성의 기원은 원형의 오르트구름이 아닌 원반형의 카이퍼 벨트라고 추측하게 되었다.   1980년대부터 1990년대에 걸쳐 몇몇 팀이 가설상의 카이퍼 벨트를 확인하기 위해 탐색을 시작했다. 그리고 1992년 8월, 제인 루(Jane Luu)와 데이비드 주이트(David Jewitt)가 태양에서 멀리 떨어진 소행성 1992QB1을 발견했다. 곧 소행성의 궤도가 확정되자 1992QB1은 카이퍼 벨트 천체인 것이 판명되었다. 1992QB1은(명왕성, 카론 제외) 최초의 KBO이며 명왕성보다 먼 최초의 소행성이다. 또한 후에 소행성번호(15760)가 주어졌으나 정식 이름은 되지 않고 원래 이름을 그대로 줄여 'QB1'으로 불린다. 고전적 KBO의 대표적인 그룹인 큐비원 족의 이름은 여기서 딴 것이다. 그 후 다음 해인 1993년에는 5개, 그 후엔 매년 10개 이상의 KBO가 발견되었고, 그 지역에 실제로 많은 천체가 존재한다는 것이 밝혀졌다. 2006년 1월에 발사한, 미 항공우주국(NASA)의 탐사선 뉴 호라이즌이 2015년경에 명왕성과 카론에 접근하고 2020년경, 다른 카이퍼 벨트 천체에 접근하여 관측할 예정이다.