우주 공간에서 혜성의 꼬리가 항상 태양 반대편을 향하는 이유는 뭘까
밤하늘에서 혜성을 본 적이 있는데, 혜성의 꼬리가 항상 태양 반대편을 향하는 모습이 이상했다. 날아가는 방향으로 길게 늘어진 줄 알았는데, 실제로는 태양에서 멀어지는 쪽으로만 뻗어 있었다. 그 이유를 알고 나니 우주가 더 신비롭게 느껴졌다.
혜성의 꼬리가 항상 태양 반대편을 향하는 기본 원리
혜성은 얼음과 먼지, 암석이 섞인 더러운 눈덩이 같은 존재다. 태양에서 멀리 떨어져 있을 때는 꽁꽁 언 상태라 꼬리가 거의 안 보인다. 태양에 가까워지면 열이 얼음을 녹여 기체와 먼지를 바깥으로 뿜어낸다. 이 물질들이 태양풍과 복사압에 밀려나면서 길게 늘어난 게 꼬리다. 혜성의 꼬리가 항상 태양 반대편을 향하는 이유는 이 밀치는 힘이 태양에서 바깥으로만 작용하기 때문이다. 예전에 사진을 보면서 “왜 항상 뒤로만 뻗지?” 하고 궁금했던 게 바로 이 때문이었다.
승화로 가스와 먼지가 풀려나오는 과정
혜성 핵 속 얼음이 태양열을 받으면 바로 기체로 바뀐다. 이게 승화 현상이다. 얼음이 녹으면서 함께 묻어 있던 먼지 알갱이도 밖으로 나온다. 기체와 먼지가 핵 주위를 감싸 코마라는 흐릿한 대기층을 만든다. 이 코마 물질이 태양 쪽으로부터 밀려나면서 꼬리가 생긴다. 혜성의 꼬리가 항상 태양 반대편을 향하는 시작점이 바로 이 승화다. 태양에 가까울수록 물질이 더 많이 나와서 꼬리가 길어지고 밝아진다.
태양풍이 이온 꼬리를 똑바로 밀어내는 힘
태양에서는 전하를 띤 입자 흐름인 태양풍이 끊임없이 불어나온다. 혜성에서 나온 가스가 태양 자외선에 의해 이온화되면 전하를 띠게 된다. 이 이온들이 태양풍과 자기장에 강하게 끌려가면서 거의 직선으로 태양 반대편을 향한다. 이게 푸른빛을 띠는 이온 꼬리다. 혜성의 꼬리가 항상 태양 반대편을 향하는 가장 뚜렷한 이유가 바로 이 태양풍의 밀어내는 작용이다. 혜성이 태양을 향해 가든 멀어지든 상관없이 이온 꼬리는 항상 태양에서 멀어지는 방향을 가리킨다.
복사압이 먼지 꼬리를 휘게 만드는 방식
먼지 입자는 전하가 거의 없어서 태양풍의 영향을 덜 받는다. 대신 태양 빛이 입자에 부딪히면서 생기는 복사압이 먼지를 밀어낸다. 먼지 알갱이는 이온보다 무거워서 천천히 밀려나고, 혜성이 움직이는 궤도 운동이 더해져서 곡선 모양으로 휘어진다. 이 먼지 꼬리는 햇빛을 반사해 누런빛이나 흰색으로 보인다. 혜성의 꼬리가 항상 태양 반대편을 향하는 현상 속에서도 먼지 꼬리는 약간 옆으로 휘어져 두 개의 꼬리가 구분되는 경우가 많다.
태양을 지나갈 때도 방향이 바뀌지 않는 이유
혜성이 태양 쪽으로 다가올 때나 멀어질 때나 꼬리는 항상 태양 반대편을 향한다. 밀치는 힘이 태양에서 바깥으로만 작용하기 때문이다. 태양을 지나 바깥으로 나갈 때는 꼬리가 앞쪽에 있는 것처럼 보이기도 한다. 혜성의 꼬리가 항상 태양 반대편을 향하는 이 성질 덕분에 관측자들은 꼬리 방향만 보고도 태양이 어느쪽에 있는지 짐작할 수 있다. 다음번에 혜성 사진을 볼 때 그 긴 꼬리가 태양풍과 복사압에 밀려 태양에서 멀어지고 있다는 걸 떠올려 보면, 우주 공간이 전혀 비어 있지 않다는 사실이 새삼 실감날 것이다.
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