How big is 카이퍼 띠?

카이퍼 띠는 태양계 외곽, 해왕성 궤도 너머에 있는 얼음 천체들의 도넛 모양 영역이다. 주요 부분은 태양에서 약 30천문단위부터 약 50천문단위까지 뻗어 있다. 천문단위는 지구와 태양 사이의 평균 거리이다. 따라서 띠의 주요 부분은 약 100천문단위, 곧 150억 킬로미터에 걸쳐 있다. 주요 부분 너머에서는 띠의 바깥 경계가 하나로 정해져 있지 않으며, 더 성기게 흩어진 천체들이 훨씬 더 멀리까지 이어진다.

크기

1천문단위(au)는 정확히 149,597,870,700미터이며, 약 1억 5000만 킬로미터이다. NASA에 따르면 띠의 안쪽 가장자리는 태양에서 약 30au 떨어진 해왕성 궤도에서 시작하고, 주요 영역은 50au 부근에서 끝난다. 잔잔하고 거의 원에 가까운 궤도를 도는 천체는 약 47au를 넘으면 갑자기 드물어지는데, 이 경계를 카이퍼 절벽이라고 한다. 주요 띠의 바깥쪽 가장자리에서 가장자리까지 재면 띠의 지름은 약 100au, 곧 150억 킬로미터이다.

띠는 고리처럼 납작하지 않고, 부풀어 오른 원반처럼 두껍다. 고전적 카이퍼 띠 천체라고 하는 많은 천체는 평균 40~50au 거리에서 공전한다. 바깥쪽 가장자리와 겹쳐서 두 번째 영역인 산란 원반이 있으며, 이곳의 천체들은 길쭉하고 기울어진 궤도를 따라 1,000au 가까이까지 나간다. 일부 천문학자는 둘을 별개의 영역으로 다루지만, 경계가 겹치기 때문에 띠의 크기를 나타내는 어떤 값이든 근삿값이다.

크기 비교

바깥쪽 가장자리를 기준으로 하면 띠의 지름은 해왕성에서 태양까지의 거리의 3배가 넘는다.
빛이 이 띠를 가로지르는 데는 약 14시간이 걸리며, 이는 광일의 절반을 조금 넘는다.
지름이 2,377킬로미터인 왜소행성 명왕성은 궤도를 따라 태양에서 약 30au부터 49au까지 오가며, 주요 띠의 거의 전체에 걸쳐 있다.
태양을 농구공 크기로 줄인다면, 해왕성은 약 780미터 거리에서 공전할 것이다. 띠의 바깥쪽 가장자리는 약 1.3킬로미터 떨어져 있을 것이고, 따라서 띠의 지름은 약 2.6킬로미터일 것이다.

발견과 이름

이 띠는 천문학자 제라드 카이퍼의 이름을 땄다. 카이퍼는 1951년에 명왕성 너머의 천체들을 추측한 논문을 발표했다. 케네스 에지워스도 1940년대에 이런 천체에 대해 글을 썼기 때문에, 이 영역은 에지워스-카이퍼 띠라고 부르기도 한다. 1930년에 발견된 명왕성은 발견된 첫 카이퍼 띠 천체이다. 천문학자들은 1990년대 초에 훨씬 더 많은 천체를 찾아내기 시작했다.

띠를 이루는 천체

천문학자들은 이 띠에 작은 얼음 천체가 수백만 개 있으며, 그중 지름이 100킬로미터를 넘는 것도 수십만 개라고 생각한다. 이 천체들에는 암석과 물 얼음 외에 암모니아와 메탄 같은 다른 얼어붙은 물질도 들어 있다. 왜소행성인 명왕성, 에리스, 하우메아, 마케마케는 모두 자기만의 위성을 거느린 카이퍼 띠 천체이다. 그럼에도 띠에 있는 모든 물질을 합친 질량은 지구 질량의 약 10분의 1을 넘지 않는 것으로 추정된다.

NASA에 따르면 2025년 현재 카이퍼 띠를 찾아간 우주선은 뉴호라이즌스 하나뿐이다. 이 우주선은 2015년 7월에 명왕성 곁을 지나갔고, 2019년 1월 1일에는 아로코스라는 작은 천체 곁을 지나갔다. 이 우주선이 찍은 사진에는 두 덩어리가 맞붙은 모습이 담겼으며, 일부가 납작해진 붉은 눈사람 같았다.

띠가 만들어진 과정

띠의 얼음 천체들은 태양계가 만들어질 때 남은 잔해로 여겨진다. 해왕성의 중력이 이 영역을 크게 휘저어서 천체들은 뭉쳐 행성이 되지 못했다. 잘 뒷받침되는 한 이론에 따르면, 초기에 거대 행성들의 궤도가 옮겨 가면서 해왕성이 얼음 천체들의 빽빽한 원반을 가로질러 바깥으로 이동했다. 원래 있던 물질은 지구 질량의 7~10배였을 가능성이 높으며, 그 대부분이 사라졌을 수 있다.

띠는 지금도 서서히 닳아 없어지고 있다. 천체들은 이따금 충돌해 더 작은 조각으로 부서지며, 그 가운데 일부는 혜성이 된다.