명왕성 너머, 해왕성 바깥 외태양계에는 우리가 잘 알지 못하는 세 왜소행성이 있습니다. 에리스(Eris), 마케마케(Makemake), 하우메아(Haumea). 이 세 천체는 2005년 같은 해에 나란히 발견됐고, 그 발견이 명왕성의 행성 지위를 박탈시키는 결정적 계기가 됐습니다. 에리스는 지름 약 2,326km로 질량이 명왕성보다 27% 더 크고, 알베도 0.96의 태양계 내 가장 밝은 천체 중 하나입니다. 현재 태양에서 약 96 AU(약 144억 km) 떨어진 원일점 근처를 공전 중이며, 공전 주기는 약 560년입니다. 마케마케는 지름 약 1,430km로 붉은 표면과 메탄 얼음을 가졌으며, 2016년 매우 어두운 위성 MK2가 발견됐습니다. 하우메아는 2,322×1,704×1,138km의 럭비공 모양으로 4시간의 초고속 자전을 하며, 태양계 비행성체 중 세 번째로 고리를 보유한 것이 2017년 확인됐습니다. 이 포스팅에서는 세 왜소행성의 특성, 발견 스토리, 위성·고리 그리고 명왕성과의 비교까지 자세히 살펴볼 예정입니다
2005년 — 세 왜소행성이 한꺼번에 발견된 해
2005년 여름, 캘리포니아 공과대학(Caltech)의 천문학자 마이클 E. 브라운(Mike Brown) 팀이 팔로마 천문대 Samuel Oschin 망원경으로 외태양계를 탐색하다 놀라운 발견을 연달아 했습니다. 2005년 1월에는 에리스(당시 임시명 2003 UB313)를, 7월에는 마케마케(2005 FY9)와 하우메아(2003 EL61)를 잇달아 발견했습니다. 세 천체 모두 명왕성과 비슷하거나 그에 근접한 크기였습니다.
특히 에리스의 발견은 즉각적인 파장을 일으켰습니다. 초기 허블 관측에서 에리스의 지름이 약 2,400km로 명왕성(2,376km)보다 더 큰 것으로 추정됐기 때문입니다. 일부 언론은 '10번째 행성 발견'이라는 표현을 썼습니다. 마이클 브라운 팀은 내부에서 에리스의 별명을 '제나(Xena, 당시 인기 TV 시리즈 여전사 이름)'로 불렀습니다. 이 발견이 국제천문연맹(IAU)을 움직였습니다. 에리스 크기의 천체를 '행성'으로 인정하면, 앞으로 더 발견될 유사 천체들도 모두 행성이 돼야 하는 상황이었습니다. 결국 2006년 8월, IAU는 '행성' 정의를 새롭게 정립했고, 그 결과 명왕성과 에리스·마케마케·하우메아가 모두 '왜소행성'으로 분류됐습니다. 마이클 브라운은 훗날 자신의 저서 제목을 '내가 명왕성을 죽인 방법(How I Killed Pluto)'으로 지을 정도였습니다.
에리스 — 태양계에서 가장 멀고, 가장 무거운 왜소행성
에리스(136199 Eris)는 그리스 신화의 불화(不和)의 여신 이름을 땄습니다. 이름 그대로 에리스는 태양계 분류 체계에 혼란과 불화를 일으킨 천체입니다. 에리스는 산란 원반(scattered disc) 천체로, 카이퍼 벨트보다 더 먼 외곽 구역에 위치합니다. 현재 태양에서 약 96 AU(144억 km) 거리의 원일점 근처를 공전 중이며, 근일점(38.5 AU)과 원일점(97.5 AU) 사이를 560년 주기로 공전합니다. 지구에서 명왕성까지 거리의 약 3배나 됩니다.
에리스의 가장 눈에 띄는 특징은 압도적인 밝기입니다. 알베도(반사율)가 0.96으로 태양계 내 가장 밝은 천체 중 하나입니다. 비교하면 명왕성의 알베도는 0.49~0.66 수준입니다. 에리스가 이렇게 밝은 이유는 표면이 신선한 메탄(CH₄) 얼음으로 균일하게 덮여 있기 때문입니다. 에리스가 멀리 있어 극저온(-243°C)을 유지하다 보니 메탄이 끊임없이 응축되어 표면을 하얗게 새로 덮는 과정이 반복됩니다. 반면 명왕성이나 마케마케처럼 태양에 더 가까운 천체들은 메탄이 부분적으로 증발하고 남은 톨린(tholin) 유기물이 표면을 붉게 물들입니다. 에리스는 너무 멀어 톨린이 쌓이지 않고 메탄이 계속 표면을 덮는 것입니다.
에리스의 질량은 위성 디스노미아(Dysnomia)의 궤도를 분석해 측정됐습니다. 결과는 약 1.647×10²²kg으로 명왕성 질량의 약 1.27배입니다. 크기는 지름 약 2,326km로 명왕성(2,376km)보다 약간 작지만, 밀도가 높아 질량은 더 큰 특이한 천체입니다. 에리스의 내부는 암석과 얼음의 혼합으로 추정되며, 일부 연구에서는 디스노미아의 조석 가열 효과로 지하 액체 해양이 존재할 가능성도 제기됩니다. 에리스·명왕성·마케마케가 모두 활성 지하 해양을 품을 가능성이 있다는 연구 결과도 발표됐습니다.
위성 디스노미아는 2005년 켁 망원경으로 발견됐습니다. 지름 약 684km로 왜소행성 위성 중 카론 다음으로 큰 크기이며, 에리스에서 37,273km 거리에서 15.786일 주기로 공전합니다. 흥미로운 점은 에리스 표면이 태양계에서 가장 밝은 수준(알베도 0.96)인 반면, 디스노미아 표면은 석탄보다 어두운 극히 낮은 반사율을 가진다는 것입니다. 같은 중력권에 묶인 두 천체가 이렇게 극단적으로 다른 표면 특성을 보이는 것 자체가 흥미로운 연구 주제입니다.
마케마케 — 붉은 표면과 어두운 위성을 가진 외태양계 천체
마케마케(136472 Makemake)는 폴리네시아 이스터섬의 원주민 라파누이(Rapanui) 신화에서 새의 신 이름을 따왔습니다. 발견 시점이 부활절(Easter) 직후였기 때문에 '이스터 섬'에서 연상되는 이름을 선택했습니다. 마케마케는 카이퍼 벨트의 '큐비원(cubewano)족' 천체로, 해왕성 공명 궤도에 구애받지 않고 독립적으로 태양을 공전합니다. 태양까지 평균 거리 약 45.7 AU로 공전 주기는 약 309년입니다.
마케마케의 지름은 약 1,430km로 에리스나 명왕성보다 작습니다. 표면은 메탄과 에탄 얼음, 그리고 유기물 톨린으로 덮여 있어 전체적으로 붉은빛을 띱니다. 에리스와 달리 표면이 균일하지 않아 밝은 구역과 어두운 구역이 혼재합니다. 알베도는 약 0.77로 에리스(0.96)보다는 낮지만 여전히 밝은 편입니다. 표면 온도는 약 -239°C로 태양계에서 가장 차가운 천체 중 하나입니다.
오랫동안 마케마케는 알려진 위성이 없는 유일한 대형 카이퍼 벨트 천체였습니다. 그러다 2016년, 허블 우주망원경이 마케마케 주변에서 매우 어두운 위성을 발견했습니다. 임시명 S/2015 (136472) 1, 별명 'MK2'로 불리는 이 위성은 추정 지름 175~250km의 작은 천체인데, 표면이 석탄처럼 어둡습니다(알베도 0.05 이하). MK2가 그토록 어두운 이유는 아직 완전히 해명되지 않았지만, 마케마케 자체의 밝고 반사성이 강한 표면과 극적인 대비를 이룹니다. MK2의 발견은 마케마케의 적외선 열복사 관측에서 나타났던 이상 현상(표면 온도 분포의 비균일성)을 설명하는 데도 도움을 줬습니다. 어두운 위성이 태양열을 더 많이 흡수해 국소적으로 온도가 높아지는 현상이었습니다. MK2는 아직 공식 이름이 없습니다.
하우메아 — 럭비공 모양에 고리까지, 태양계 최고의 괴짜 왜소행성
하우메아(136108 Haumea)는 태양계 왜소행성 중 가장 독특한 존재입니다. 하와이 신화에서 대지와 출산의 여신 이름을 따왔습니다. 발견은 2004년으로 거슬러 올라가는데, 발견의 공이 스페인 시에라 네바다 천문대 팀(오르티스 팀)과 마이클 브라운 팀 사이에 논란이 됐던 복잡한 역사를 가지고 있습니다. IAU는 결국 브라운 팀을 공식 발견자로 인정했습니다.
하우메아의 크기는 2,322×1,704×1,138km로, 축에 따라 크기가 완전히 다른 럭비공(타원 구) 모양입니다. 이 독특한 형태의 원인은 초고속 자전입니다. 하우메아의 자전 주기는 불과 3.9시간으로, 태양계 주요 천체 중 가장 빠른 자전 속도입니다. 4시간도 안 되는 초고속 자전으로 발생하는 원심력이 적도 물질을 바깥으로 밀어내며 천체를 길쭉하게 변형시킨 것입니다. 하우메아의 표면은 결정성 물 얼음(crystalline water ice)으로 덮여 있으며, 알베도는 약 0.8입니다. 메탄은 발견되지 않았습니다.
하우메아를 더욱 특별하게 만드는 것은 고리의 존재입니다. 2017년, 하우메아가 별 앞을 지나가는 엄폐(occultation) 현상을 관측하던 중 고리가 발견됐습니다. 폭 약 70km의 단일 고리로, 하우메아 중심에서 약 2,287km 거리에 위치합니다. 이는 커리클로(2013), 키론(2023), 콰오아르(2023)에 이어 거대 행성 외에 고리가 확인된 비행성체 목록에 하우메아가 이름을 올린 것입니다. 고리를 구성하는 입자들은 하우메아의 자전 주기와 공명 관계(3:1 공명)에 있는 것으로 분석됩니다. 이 공명이 고리를 안정적으로 유지하게 합니다.
하우메아에는 위성이 두 개 있습니다. 히이아카(Hi'iaka)는 지름 약 310km, 나마카(Namaka)는 약 170km입니다. 둘 다 하와이 신화에서 하우메아의 자녀 이름을 따왔습니다. 두 위성은 하우메아와의 충돌 사건으로 떨어져 나온 파편이라는 가설이 유력합니다. 하우메아 자체도 과거 대형 충돌로 빠른 자전을 얻었고, 그 때 튀어나간 파편들이 모여 두 위성이 됐을 것으로 추정합니다. 실제로 하우메아 주변에는 '하우메아 패밀리'라고 불리는 카이퍼 벨트 천체들이 존재하며, 이들이 모두 같은 충돌에서 유래한 파편들로 여겨집니다.
| 항목 | 에리스 | 마케마케 | 하우메아 | 명왕성 (비교) |
|---|---|---|---|---|
| 발견 연도 | 2005년 1월 | 2005년 3월 | 2004년 12월 | 1930년 |
| 지름 (km) | 약 2,326 | 약 1,430 | 2,322×1,704×1,138 (타원체) | 약 2,376 |
| 질량 (명왕성 대비) | 1.27배 (가장 무거움) | 약 0.03배 (가장 가벼움) | 약 0.32배 | 기준 (1배) |
| 태양까지 거리 (AU) | 38.5~97.5 AU (평균 68) | 평균 45.7 AU | 평균 43.1 AU | 29.7~49.3 AU (평균 39.5) |
| 공전 주기 | 약 560년 | 약 309년 | 약 285년 | 약 248년 |
| 자전 주기 | 약 25.9시간 | 약 22.8시간 | 약 3.9시간 (초고속!) | 약 153.3시간 (6.4일) |
| 표면 알베도 | 0.96 (매우 밝음) | 약 0.77 | 약 0.80 | 0.49~0.66 |
| 표면 성분 | 메탄 얼음 (균일, 흰색) | 메탄·에탄·톨린 (붉은빛) | 결정성 물 얼음 (흰색) | 메탄·질소·톨린 (다양) |
| 위성 수 | 1개 (디스노미아) | 1개 (MK2, 미명명) | 2개 (히이아카, 나마카) | 5개 (카론 등) |
| 고리 여부 | 미확인 | 미확인 | ✅ 확인됨 (2017년) | 미확인 |
| 탐사선 방문 | 없음 | 없음 | 없음 | 뉴 호라이즌스 (2015년) |
세 왜소행성이 명왕성을 몰아낸 이유 — IAU 2006년 결정의 내막
2006년 8월 24일, 체코 프라하에서 열린 IAU 총회는 행성의 정의를 새롭게 결정했습니다. 행성이 되려면 세 조건을 모두 충족해야 합니다. 첫째, 태양 주위를 공전해야 합니다. 둘째, 자체 중력으로 구형을 유지할 만큼 충분한 질량을 가져야 합니다. 셋째, 공전 궤도 주변의 다른 천체들을 중력으로 청소하는 '궤도 지배 천체'여야 합니다. 명왕성은 세 번째 조건을 충족하지 못합니다. 카이퍼 벨트에 명왕성과 유사한 크기의 천체들이 수없이 공존하기 때문입니다. 같은 이유로 에리스·마케마케·하우메아도 왜소행성으로 분류됩니다.
이 결정은 전원 참석이 아닌 총회 참가 천문학자 424명의 투표로 통과됐습니다. 당시 총 IAU 회원 수는 약 10,000명이었으므로 투표율이 4%에 불과했습니다. 명왕성의 '발견자 나라'인 미국 천문학자들 중 일부는 강하게 반발했고, 에리스 발견자 마이클 브라운의 별명은 '명왕성 킬러(Pluto Killer)'가 됐습니다. 브라운 자신은 이 결정을 지지하면서 "명왕성이 특별한 지위를 잃은 게 아니라, 외태양계 천체 중 진정한 왕으로서 올바른 자리를 찾은 것"이라고 말했습니다. 사실 에리스가 없었다면 명왕성은 지금도 9번째 행성으로 불렸을지 모릅니다. 에리스의 발견은 우리 태양계에 대한 인식 자체를 바꾼 사건이었습니다.
미래의 탐사 — 언제 이 왜소행성들을 직접 볼 수 있을까
현재까지 에리스·마케마케·하우메아에 탐사선이 방문한 적은 없습니다. 명왕성에 도달하는 데 9.5년이 걸린 뉴 호라이즌스를 기준으로 생각하면, 에리스까지 도달하려면 훨씬 더 오랜 시간이 필요합니다. 에리스는 현재 태양에서 약 96 AU 거리에 있어, 뉴 호라이즌스 같은 탐사선이 도달하려면 최소 25~30년 이상이 걸립니다. 하우메아와 마케마케는 40~45 AU 거리로 그나마 가깝지만, 역시 15~20년의 비행 시간이 필요합니다.
NASA 뉴 호라이즌스 팀은 명왕성 이후의 연장 임무로 카이퍼 벨트 천체 아로코스(Arrokoth, 2019년 플라이바이)를 탐사했습니다. 탐사선은 현재 약 58 AU 지점에서 계속 외태양계로 향하고 있습니다. 과학자들은 뉴 호라이즌스가 혹 에리스 방향이 아닌 궤도를 가고 있어 직접 탐사는 불가능하지만, 먼 거리에서 하우메아 같은 천체를 관측하는 가능성은 검토 중입니다. 더 현실적인 가능성은 차세대 대형 망원경들을 통한 원격 관측입니다. 칠레에 건설 중인 베라 루빈 천문대(Vera Rubin Observatory, 2025년 가동 시작)는 광시야 탐사로 수천 개의 새로운 카이퍼 벨트 천체를 발견할 것으로 기대됩니다. JWST는 이미 이 왜소행성들의 표면 성분을 원격으로 분석하는 데 활용되고 있습니다.
자주 묻는 질문 (FAQ)
Q. 에리스는 명왕성보다 큰가요, 작은가요?
질량은 에리스가 크고, 지름은 명왕성이 약간 더 큽니다. 에리스의 질량은 명왕성의 약 1.27배로 더 무겁습니다. 반면 뉴 호라이즌스가 2015년 측정한 명왕성 지름은 2,376km인데, 에리스는 약 2,326km로 약간 작습니다. 2000년대 초반에는 에리스가 명왕성보다 크다고 추정됐지만(지름 약 2,400km), 정밀 관측 후 수정됐습니다. 에리스는 지름이 명왕성보다 작지만 밀도가 더 높아 질량은 더 큽니다. 즉 에리스가 더 무겁고, 명왕성이 더 큽니다.
Q. 하우메아의 자전이 왜 그렇게 빠른가요?
과거 대형 충돌 때문으로 추정됩니다. 하우메아의 자전 주기는 3.9시간으로 이 크기의 천체로서는 비정상적으로 빠릅니다. 현재 가장 유력한 가설은 수십억 년 전에 다른 천체가 하우메아와 충돌하며 엄청난 각운동량을 전달해 자전이 빨라졌다는 것입니다. 이 충돌로 인한 파편들이 현재의 두 위성(히이아카·나마카)이 됐고, 더 작은 파편들이 하우메아 패밀리를 형성했다는 시나리오입니다. 빠른 자전이 천체를 럭비공 모양으로 변형시켰고, 그 자전과 공명하는 고리까지 만들어낸 것으로 봅니다.
Q. 이 왜소행성들에 탐사선을 보낼 계획이 있나요?
현재 공식적으로 확정된 탐사 임무는 없습니다. 거리가 너무 멀어 현재 추진 기술로는 수십 년이 걸립니다. 그러나 과학자들 사이에서 '하우메아 탐사선' 개념 연구가 가장 활발합니다. 하우메아는 4종의 왜소행성 중 태양에 가장 가깝고(평균 43 AU), 고리와 두 위성을 가진 독특한 과학 목표를 제공합니다. ESA와 NASA 모두 외태양계 탐사 로드맵에 카이퍼 벨트 왜소행성을 잠재적 목표로 포함하고 있습니다. 현실적으로는 2040년대 이후에야 임무 발사가 가능할 것으로 봅니다.
✦ 핵심 요약
- 에리스: 질량 명왕성의 1.27배, 알베도 0.96(가장 밝음), 공전 주기 560년, 위성 디스노미아
- 마케마케: 붉은 메탄 얼음 표면, 위성 MK2(석탄보다 어두운 극적 대비), 공전 309년
- 하우메아: 럭비공 모양, 자전 3.9시간(태양계 최고속), 고리 확인(2017), 위성 2개
- 공통점: 2005년 발견, IAU 행성 정의 개혁 촉발, 명왕성의 왜소행성 강등 원인
- 지하 해양: 에리스·명왕성·마케마케 활성 지하 해양 가능성 연구 진행 중
- 탐사선: 셋 다 미방문 — 하우메아가 가장 유력한 차세대 탐사 후보
- 마이클 브라운: 세 천체 모두 발견, '명왕성 킬러'로 불림
참고 기관 및 자료 출처
- Brown, M.E. et al. — "Discovery of a Planetary-sized Object in the Scattered Kuiper Belt", Astrophysical Journal Letters (2005) — 에리스 발견
- Sicardy, B. et al. — "A Ring System Detected Around the Dwarf Planet Haumea", Nature (2017)
- Parker, A.H. et al. — "Discovery of a Makemake Moon", Astrophysical Journal Letters (2016) — MK2 발견
- Brown, M.E. — "How I Killed Pluto and Why It Had It Coming" (2010)
- IAU Resolution B5 — Definition of a Planet (2006)
- NASA JPL — Small Body Database: Eris, Makemake, Haumea Orbital Data
- New Horizons Mission — Pluto Flyby Science Results for Comparative Dwarf Planet Studies
- 한국천문연구원(KASI) — 해왕성 바깥 천체 및 왜소행성 분류 연구 자료
- Icarus, Astronomical Journal, Nature (왜소행성 관련 논문 다수)