목성의 앞뒤에는 행성처럼 태양을 함께 도는 트로이 소행성 무리가 있습니다. 이 천체들은 목성의 중력과 태양의 중력이 균형을 이루는 라그랑주점 부근에 모여 오랜 시간 궤도를 유지합니다. 두 무리가 앞서거나 뒤따르는 원리와 트로이 소행성의 기원, NASA 루시 탐사선이 이들을 조사하는 이유를 알아봅니다. 태양계 형성 초기의 단서를 품은 천체들이 어떤 정보를 전하는 지도 살펴봅니다.
1. 목성의 앞뒤를 따르는 트로이 소행성
트로이 소행성은 목성과 비슷한 궤도에서 태양을 공전하는 작은 천체 집단입니다. 목성보다 앞서 움직이는 무리는 궤도상 약 60도 앞쪽에, 뒤따르는 무리는 약 60도 뒤쪽에 모입니다. 두 집단을 각각 그리스 군과 트로이 군이라고 부르기도 하지만, 실제 천체들이 전쟁터의 편을 나눈 것은 아니며 이름은 역사적인 명명 관습에서 비롯됐습니다. 이 소행성들은 화성과 목성 사이의 주 소행성대와 달리 목성 궤도 주변의 두 영역에 분포합니다. 목성과 같은 궤도를 돈다는 말은 목성에 가까이 붙어 함께 이동한다는 뜻이 아닙니다. 태양에서 목성까지의 거리와 비슷한 규모로 떨어져 태양을 돌며, 목성의 앞과 뒤에서 각자 궤도를 유지합니다. 이처럼 행성과 같은 궤도를 공유하는 작은 천체를 트로이 천체라고 부르며, 목성 외에도 다른 행성 주변에서 발견된 사례가 있습니다. 목성 트로이 소행성은 그중 규모가 큰 집단으로, 태양계 초기의 물질을 간직한 천체로 연구됩니다. 그렇다면 서로 다른 위치에 있는 이들이 어떻게 목성의 궤도에 머무를 수 있을까요? 그 답은 태양과 목성의 중력이 만드는 안정된 영역에 있습니다.
2. 라그랑주점에서 궤도를 유지하는 원리
태양과 목성처럼 질량 차이가 큰 두 천체가 공전할 때, 두 천체와 함께 회전하는 기준에서 중력과 운동 효과가 균형을 이루는 지점들이 생깁니다. 이를 라그랑주점이라고 합니다. 목성 트로이 소행성은 그중 태양과 목성을 꼭짓점으로 정삼각형을 이루는 L4와 L5 주변에 모여 있습니다. L4는 목성의 진행 방향 앞쪽에, L5는 뒤쪽에 자리합니다. 이 지점에서는 태양과 목성의 중력이 소행성의 공전 운동과 함께 작용해 작은 천체가 비교적 안정된 궤도에 머물 수 있습니다. 그렇다고 트로이 소행성이 한 점에 고정되어 있는 것은 아닙니다. 실제로는 라그랑주점 주변을 천천히 오가는 궤도를 따라 움직이며, 각 천체의 궤도와 안정성에는 차이가 있습니다. 목성의 강한 중력은 다른 작은 천체의 궤도를 바꿀 수 있지만, L4와 L5 주변에서는 태양과 목성의 결합된 중력 환경이 천체들을 모아 두는 역할을 합니다. NASA는 이 두 영역을 목성 궤도 앞뒤에 놓인 중력적으로 안정된 구역으로 설명합니다. 따라서 트로이 소행성의 위치는 우연히 목성 앞뒤에 모인 모습이 아니라, 여러 천체의 중력과 공전 운동이 함께 만든 구조입니다. 이런 궤도 환경을 이해하면 이 소행성들이 왜 태양계 형성의 기록을 보존할 가능성이 있는지도 이어서 살펴볼 수 있습니다.
3. 루시 탐사선이 트로이 소행성을 찾는 이유
트로이 소행성은 태양계가 형성되던 시기의 작은 천체 집단이 남긴 원시 물질을 보존했을 가능성이 있습니다. 거대 행성들이 만들어지고 현재 궤도에 자리 잡는 과정에서 주변 천체가 이동하거나 포획되었을 수 있기 때문에, 트로이 소행성의 표면과 조성을 조사하면 초기 태양계의 재료와 이동 역사를 연구할 수 있습니다. NASA의 루시 탐사선은 이러한 목적을 위해 목성 트로이 소행성 여러 개를 근접 비행하며 관측하는 임무를 수행하고 있습니다. 루시는 각각 다른 특성을 가진 목표를 비교해 크기와 표면, 색과 조성의 차이를 조사합니다. 지구에서 망원경으로는 밝기와 스펙트럼을 측정할 수 있지만, 가까이 다가가야 작은 천체의 지형과 충돌 흔적을 더 자세히 볼 수 있습니다. 탐사선은 소행성에 착륙하거나 궤도에 진입하지 않고 빠르게 지나가며 관측 자료를 모읍니다. 이는 여러 목표를 방문하면서도 추진제 사용을 줄이는 임무 방식입니다. [NASA 루시 임무 안내]는 목성 트로이 소행성들을 태양계 초기의 잔재로 설명하며, 루시가 이 집단을 탐사하는 최초의 임무라고 소개합니다. 한 천체만 조사하는 대신 서로 다른 무리를 비교하면 트로이 소행성 집단 내부의 다양성과 공통점을 함께 파악할 수 있습니다. 이 자료는 거대 행성의 형성과 이동을 설명하는 모형을 검토하는 데도 보탬이 됩니다.
4. 마무리
목성 트로이 소행성은 목성과 같은 태양 궤도를 돌면서 목성 앞뒤의 L4와 L5 부근에 모인 천체들입니다. 이 위치는 태양과 목성의 중력이 만드는 안정된 영역과 관련되며, 소행성들은 그 지점에 멈춰 있는 것이 아니라 주변 궤도를 따라 움직입니다. 따라서 목성과 궤도를 공유한다는 말은 가까이 붙어 돈다는 뜻이 아니라 태양을 도는 경로가 비슷하다는 의미입니다. 트로이 소행성은 태양계 초기에 형성된 물질과 거대 행성의 이동 역사를 간직했을 가능성이 있어 과학적 가치가 큽니다. NASA의 루시 탐사선은 여러 소행성을 차례로 관측해 집단의 구성과 차이를 비교하도록 설계됐습니다. 탐사 자료가 쌓이면 지상 관측만으로 알기 어려웠던 표면과 형태도 구체적으로 파악할 수 있습니다. 앞서 본 베스타처럼 소행성대 천체마다 형성과 충돌의 역사가 다르듯, 트로이 소행성도 하나의 동일한 집단으로만 볼 수 없습니다. 목성 앞뒤에 자리한 이 작은 천체들을 조사하는 일은 태양계가 만들어지고 거대 행성들이 현재 위치에 이른 과정을 되짚는 일과 이어집니다. 중력의 균형이 만든 궤도와 그 안에 남은 물질을 함께 살피면 태양계의 과거를 더 깊이 이해할 수 있습니다.