"대기권 진입 유성 공중폭발은 고압공기때문"

입력 2017. 12. 18. 15:46 수정 2017. 12. 18. 16:26
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2013년 2월15일 아침에 러시아 시베리아의 첼랴빈스크 지역 상공에서 지름 17~20m(추정)의 유성체가 섬광을 내며 대기권에 진입했다.

연구진은 논문 초록에서 "유성의 대기권 진입 모형에서, (공중폭발로) 산산조각날 때 유성의 기계적 강도는 최대 1-5메가파스칼 정도로 여겨지는데, 이는 (지상에 떨어진) 유성 잔해의 기계적 강도인 최대 330메가파스칼에 비해 수백 분의 1에 불과하다"면서 "우리 연구진의 시뮬레이션 연구를 통해 고압 공기가 유성 본체 내부로 파고들어 점점 유성에 변형을 일으켜 첼랴빈스크 유성의 규모와 비슷한 폭발을 일으키는 것으로 나타났다"고 밝혔다.

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2013년 첼랴빈스크 유성 폭발 모형 연구
고압공기가 유성 틈새 파고들어 파손촉발
시뮬레이션 통해 유성폭발 요인 규명시도

[한겨레]

2013년 2월 15일 아침에 러시아 첼랴빈스크 인근에 떨어지는 유성의 모습. 사진 출처: Alex Alishevskikh

2013년 2월15일 아침에 러시아 시베리아의 첼랴빈스크 지역 상공에서 지름 17~20m(추정)의 유성체가 섬광을 내며 대기권에 진입했다. 이내 불덩이가 됐고 다시 몇 분 뒤에 유성은 상공 25km 지점에서 공중폭발을 일으켰다. 유성은 햇빛보다 30배 밝은 빛과 티엔티(TNT) 500킬로톤(일본 나가사키에 투하된 핵폭탄의 23배 가량)이 넘는 에너지를 발산했을 것으로 추정됐다. 천만다행으로 이로인한 사망자는 없었지만 많은 건물 파손과 부상자 피해를 냈다. 후속 연구들에서 밝혀진 이른바 ‘러시아 유성우 쇼크’의 상황이다.

그런 후속 연구의 하나로, 지난 7월엔 미국 항공우주국(NASA)과 연구진이 시뮬레이션 연구를 통해 유성 또는 작은 소행성이 지구 대기권에 진입할 때 어떻게 부서지며 강력한 충격파와 열복사를 일으키는지를 보여주었다. 하지만 상당한 규모의 유성체를 공중폭발시킨 원인이 무엇인지는 명확하게 설명되지는 못했다. 대기권과 마찰을 일으키며 불덩이가 된 유성체를 산산조각 낸 폭발 요인은 뭘까?

▷‘유성이 대기권에 진입할 때’ -시뮬레이션 (2017) scienceon.hani.co.kr/531319

▷‘러시아 유성’ 3년…유성 출처는 아직 불분명 (2016) scienceon.hani.co.kr/366924

▷“러시아 유성, TNT 500킬로톤급” -논문 3편 (2013. 11) scienceon.hani.co.kr/136197

▷러시아 유성우의 급습, 관측은 왜 놓쳤나? (2013. 2) scienceon.hani.co.kr/83667

러시아 첼랴빈스크 유성 쇼크의 또 다른 후속 연구에서, 유성의 공중폭발을 일으키는 원인을 고압의 공기에서 찾은 시뮬레이션 연구 결과가 새롭게 나왔다. 미국 퍼듀대학의 지구행성과학 연구진은 나사 지구방위본부의 지원을 받아 대기권에 들어선 유성체와 고압 공기의 상호작용을 규명하려는 시뮬레이션 연구를 벌여 유성 내부로 침입한 고압의 공기가 유성의 내부 폭발을 일으킨 원인이라는 분석 결과를 학술지에 최근 발표했다. 이 논문은 <유성학과 행성과학>(논문 “공기 침입은 대기권 진입 유성체의 파편화를 증대시킨다”)에 실렸다.

연구진은 이전엔 별달리 다루지 않은 요인들의 상호작용에 주목해 시뮬레이션을 설정하고 연구를 벌였다. 우주천문 매체인 <유니버스 투데이>의 보도를 보면, 연구진은 유성체의 토양 재질과 대기권의 공기 요소를 시뮬레이션 프로그램(코드)에 구현해 그 상호작용을 계산했다. 이 시뮬레이션 연구에선, 대기권에 진입하는 유성의 전면에 형성된 고압의 공기가 유성체의 구멍과 틈새로 파고들어 유성체의 기계적 강도를 떨어뜨리고 결국엔 유성체 내부에서 시작되는 폭발을 일으키는 것으로 나타났다. 대기권 공기가 유성에 마찰력을 일으킬 뿐 아니라 그 안에 파고들어 내부 폭발을 일으키는 요인도 된다는 것이다.

연구진은 논문 초록에서 “유성의 대기권 진입 모형에서, (공중폭발로) 산산조각날 때 유성의 기계적 강도는 최대 1-5메가파스칼 정도로 여겨지는데, 이는 (지상에 떨어진) 유성 잔해의 기계적 강도인 최대 330메가파스칼에 비해 수백 분의 1에 불과하다”면서 “우리 연구진의 시뮬레이션 연구를 통해 고압 공기가 유성 본체 내부로 파고들어 점점 유성에 변형을 일으켜 첼랴빈스크 유성의 규모와 비슷한 폭발을 일으키는 것으로 나타났다”고 밝혔다.

유성이 지상으로 돌진할 때 유성의 앞쪽에 형성된 고압 공기가 유성체의 구멍과 균열 속으로 파고들면서 유성 본체를 약화시키고 쪼개어 폭발에 이르게 한다는 것이다. 연구자인 퍼듀대학 제이 멜로시 교수는 이 대학 보도자료에서 “유성의 전면에 형성된 고압 공기와 후면에 형성된 진공 사이에는 큰 격차가 생긴다. 만일 공기가 유성 안의 통로를 거쳐 지나갈 수 있다면 고압 공기는 쉽게 그 안으로 들어가 유성체를 산산조각 낼 수 있다“고 말했다.

오철우 선임기자 cheolwoo@hani.co.kr

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