별똥별 — 유성은 왜 생길까

맑은 밤하늘을 오래 올려다보면 한 줄기 빛이 그어졌다 사라집니다. 별똥별입니다. 이름 때문에 별이 떨어지는 것으로 알기 쉽지만, 별은 떨어지지 않습니다. 별은 태양처럼 거대한 가스 덩어리이고 몇 광년 밖에 있습니다. 그 빛줄기는 모래알만 한 돌 부스러기가 지구의 공기에 뛰어들어 타는 빛, 곧 유성입니다. 왜 그렇게 작은 알갱이가 그토록 밝게 빛날까요.

유성체 · 유성 · 운석 — 한 알갱이의 세 이름

행성 사이의 공간에는 혜성과 소행성에서 떨어져 나온 돌과 먼지 부스러기가 떠돕니다. 우주 공간을 떠도는 이 부스러기를 유성체라고 합니다. 대부분은 모래알에서 콩알 크기입니다. 지구가 공전하다 이 부스러기와 만나면 부스러기는 초속 11 km 에서 72 km 의 빠르기로 대기에 뛰어듭니다. 지구의 중력을 벗어나는 데 드는 속력이 초속 11 km 이니, 지구에 끌려 떨어지는 것은 적어도 이 속력이 됩니다. 지구와 마주 보고 달려오는 것은 지구의 공전 속력까지 보태져 초속 72 km 에 이릅니다.

이 빠르기로 공기 속에 들어오면 알갱이 앞의 공기가 비켜날 틈 없이 눌려 뜨거워집니다. 알갱이 표면이 녹아 증발하고, 둘레의 공기 분자도 그 열에 빛을 냅니다. 이렇게 빛나는 현상이 유성이고, 빛나는 높이는 대기가 그만큼 짙어지는 80~120 km 입니다. 모래알 크기의 유성체는 이 높이에서 1초 안에 다 타 없어집니다. 우리가 보는 빛줄기는 알갱이 자체가 아니라, 알갱이가 지나가며 달군 공기의 긴 자국입니다. 공기와의 마찰로 탄다고 흔히 말하지만, 열의 대부분은 마찰이 아니라 앞쪽 공기가 압축되며 생깁니다.

드물게 큰 돌은 다 타지 못하고 땅까지 떨어집니다. 이것이 운석입니다. 운석은 철과 니켈로 된 운철, 돌로 된 석질 운석, 둘이 섞인 석철질 운석으로 나뉩니다. 운석은 태양계가 만들어질 때의 재료가 거의 그대로 남은 것이라, 태양계의 나이와 처음 모습을 알려 주는 표본입니다. 아주 큰 것은 땅에 운석 구덩이를 남깁니다.

유성우 — 해마다 같은 날 쏟아지는 까닭

8월 중순의 페르세우스자리 유성우, 12월 중순의 쌍둥이자리 유성우처럼 해마다 같은 때에 유성이 유난히 많이 떨어지는 날이 있습니다. 이것이 유성우입니다. 까닭은 혜성에 있습니다. 혜성은 태양 가까이 올 때마다 얼음이 녹으면서 먼지와 돌 부스러기를 흩뿌리고, 그 부스러기는 혜성의 궤도를 따라 긴 띠로 남습니다. 지구의 궤도가 그 띠를 가로지르면, 지구는 해마다 같은 날 같은 자리에서 그 띠 속으로 들어갑니다. 그날 밤 하늘에는 평소보다 훨씬 많은 유성이 떨어집니다.

유성우의 유성은 모두 하늘의 한 점에서 퍼져 나오는 것처럼 보입니다. 이 점을 복사점이라고 하고, 복사점이 놓인 별자리의 이름을 유성우에 붙입니다. 페르세우스자리 유성우는 스위프트–터틀 혜성이, 사자자리 유성우는 템펠–터틀 혜성이 남긴 부스러기입니다. 쌍둥이자리 유성우는 드물게 혜성이 아니라 소행성 파에톤이 남긴 것입니다. 복사점에서 퍼져 나오는 것처럼 보이는 까닭은 원근 때문입니다. 띠 속의 부스러기는 모두 나란한 방향으로 지구에 들어오는데, 나란한 길은 멀리서 한 점으로 모여 보입니다. 곧게 뻗은 철길이 멀리서 한 점으로 모이는 것과 같습니다. 유성은 그 별자리에서 오는 것이 아닙니다. 별자리는 몇백 광년 밖이고, 유성은 지구 위 80~120 km 에서 빛납니다.

시험에서는 이렇게 나옵니다

• 세 이름의 구분: 우주 공간에서는 유성체, 대기에서 빛나면 유성, 땅에 떨어지면 운석. 같은 알갱이가 어디 있느냐에 따른 이름입니다.
• 유성이 빛나는 까닭: 빠른 속력으로 대기에 들어와 앞쪽 공기가 압축되어 뜨거워지고, 알갱이와 공기가 빛을 냅니다. 높이는 80~120 km.
• 유성우의 원인: 혜성이 남긴 부스러기 띠를 지구가 지나갑니다. 해마다 같은 때에 되풀이되는 까닭도 여기 있습니다.
• 복사점: 나란히 들어오는 유성이 원근 때문에 한 점에서 퍼지는 것처럼 보이는 자리. 유성우의 이름은 복사점이 있는 별자리의 이름입니다.
• 운석의 갈래: 운철 · 석질 · 석철질. 태양계가 처음 만들어질 때의 재료가 남은 것입니다.

자주 헷갈리는 것

• "별똥별은 별이 떨어지는 것이다" — 별은 떨어지지 않습니다. 모래알만 한 돌 부스러기가 대기에서 타는 빛입니다.
• "유성은 공기와의 마찰로 탄다" — 마찰보다는 앞쪽 공기가 눌리며 뜨거워지는 압축 가열이 대부분입니다. 빛의 많은 부분은 알갱이가 아니라 달궈진 공기가 냅니다.
• "페르세우스자리 유성우는 페르세우스자리에서 온다" — 복사점이 그 별자리 쪽에 있을 뿐입니다. 부스러기는 태양계 안의 혜성 궤도에서 오고, 빛나는 자리는 지구의 대기입니다.

정리합니다. 별똥별은 별이 아니라 혜성과 소행성이 남긴 작은 돌 부스러기가 초속 11 km 가 넘는 빠르기로 대기에 뛰어들어 80~120 km 높이에서 타는 빛입니다. 우주 공간에서는 유성체, 빛나면 유성, 땅에 닿으면 운석입니다. 혜성이 남긴 부스러기 띠를 지구가 해마다 같은 날 지나는 것이 유성우이고, 나란히 들어오는 유성이 복사점에서 퍼지는 것처럼 보입니다.