왜소행성 — 에리스·마케마케·하우메아

태양계 행성을 외우던 순서가 어느 날 짧아졌다. 수금지화목토천해. 마지막 한 글자가 빠졌고, 그 자리는 다시 채워지지 않았다.

빠진 자리에 대해서는 많은 이야기가 오갔다. 정작 덜 알려진 쪽은 명왕성이 옮겨 간 칸이다. 그 칸의 이름은 왜소행성이고, 명왕성은 거기서 혼자 지내지 않는다.

같은 칸에 에리스와 마케마케와 하우메아가 있다. 셋 다 해왕성 바깥의 얼음 지대에 살고, 셋 다 사람이 보낸 기계가 근처에 간 적이 없다. 그런데 셋의 사연은 서로 꽤 다르다.

왜소행성은 정확히 무엇일까

국제천문연맹이 2006년 8월 24일 프라하 총회에서 결의안 B5로 정한 부류다. 태양을 돌고, 자체 중력으로 둥근 모양을 갖추고, 궤도 주변을 청소하지 못했고, 다른 천체의 위성이 아닌 천체가 여기 들어간다. 국제천문연맹은 행성과 왜소행성을 서로 다른 두 부류로 설명한다. 왜소행성은 작은 행성이라는 뜻이 아니다. (IAU Resolution B5, 2006 · IAU FAQ)

앞의 두 조건은 명왕성도 무리 없이 넘는다. 명왕성은 태양을 돌고, 자기 중력으로 충분히 둥글다. 걸린 것은 세 번째다.

궤도를 청소했다는 말은 자기 공전 구역에서 비슷한 크기의 이웃을 치웠거나 거느렸다는 뜻이다. 지구 궤도 근처에는 지구만 한 천체가 없다. 반면 명왕성이 도는 카이퍼벨트에는 비슷한 얼음덩어리가 수없이 흩어져 있다. 명왕성이 행성에서 빠진 이유는 크기가 작아서가 아니고, 이웃이 너무 많아서였다.

이 표결은 한국과도 무관하지 않았다. 한국천문연구원은 표결 당일 결의안 전문을 공개했고, 소속 연구원들을 포함한 한국 천문학자 대여섯 명이 프라하 현장에서 표결에 참여할 예정이라고 밝혔다. 왜소행성이라는 우리말 용어도 그 무렵 자리를 잡았다.

행성의 정의는 천체의 성질이 아니라 이웃 관계에 대한 문장이 되었다.

에리스는 어떻게 명왕성을 끌어내렸을까

크기가 비슷하면서 더 무거웠기 때문이다. 에리스는 2005년 1월 5일, 팔로마 천문대가 2003년에 찍어둔 자료에서 발견됐다. 항성엄폐로 잰 지름은 약 2,326킬로미터로 명왕성보다 조금 작지만, 위성의 공전으로 계산한 질량은 명왕성보다 약 27퍼센트 무겁다. 명왕성을 행성으로 남겨두면 에리스도 행성이어야 했다. (NASA Science, Eris · Sicardy 외 2011, Nature · NASA/ESA Hubble 2007)

발견팀은 처음에 이 천체를 제나라고 불렀다. 텔레비전 드라마의 여전사 이름이었다. 몇 달 뒤 위성이 딸려 있는 것이 확인되자 그쪽에는 드라마 속 조력자 이름인 가브리엘라를 붙였다.

2006년 9월, 국제천문연맹은 정식 이름을 발표했다. 에리스, 그리스 신화의 불화의 여신이다. 위성에는 에리스의 딸이자 무법의 여신인 디스노미아가 돌아갔다. 이름을 고른 쪽의 유머 감각이 분명하게 드러난다.

에리스는 태양에서 평균 68천문단위 떨어져 있다. 햇빛이 거기 닿는 데 아홉 시간이 넘게 걸린다. 한 바퀴 도는 데는 557년이 걸리고, 자전 주기는 25.9시간으로 지구의 하루와 비슷하다.

궤도가 워낙 길쭉해서 계절 대신 다른 일이 벌어진다. 태양에서 멀어지면 대기가 통째로 얼어붙어 눈처럼 표면에 내려앉고, 가까워지면 다시 녹아 오른다. 표면 온도는 영하 217도에서 영하 243도 사이로 추정된다.

이 그림은 2010년 11월의 항성엄폐 관측에서 한 번 확인됐다. 당시 연구진은 에리스의 반지름을 1,163킬로미터로 재면서, 질소나 메탄 대기가 있다면 그 압력이 1나노바 아래일 것이라는 상한도 함께 얻었다. 지금의 명왕성 대기보다 만 배쯤 희박한 값이다. 에리스의 하늘은 그때 바닥에 얼어붙어 있었다.

에리스 안쪽은 지금 어떤 상태일까

따뜻한 얼음이 천천히 뒤집히고 있을 가능성이 크다. 2023년 사이언스 어드밴시스에 실린 Nimmo와 Brown의 연구는 에리스가 작은 위성 디스노미아에 조석 고정되어 있다는 사실에서 출발했다. 태양계 나이 안에 그만큼 자전이 늦춰지려면 내부가 조석 에너지를 많이 삼켜야 한다. 그러려면 에리스가 바위 핵과 얼음 껍질로 분화되어 있고, 그 껍질이 대류해야 한다는 계산이 나왔다. (Nimmo & Brown 2023, Science Advances · doi:10.1126/sciadv.adi9201)

이 결과가 흥미로운 이유는 명왕성과의 대비에 있다. 명왕성의 얼음 껍질은 열을 전도로만 흘려보내는 딱딱한 판으로 보는 쪽이 우세하다. 에리스의 껍질은 그렇게 굳어 있으면 계산이 맞지 않는다.

연구진의 표현을 빌리면 에리스는 예상보다 무르다. 초기에 상당 부분 녹았고, 지금도 안쪽에 따뜻한 얼음이 남아 느리게 순환하고 있다는 그림이다.

마케마케에는 정말 대기가 없을까

명왕성 같은 전 지구적 대기는 없다. 2011년 4월, 남미의 망원경 일곱 대가 마케마케가 별 앞을 지나는 순간을 붙잡았다. 별빛은 완만하게 줄지 않고 뚝 끊겼다. 두꺼운 대기가 있으면 그렇게 끊기지 않는다. 다만 2025년 제임스웹 관측은 표면 위에 메탄 가스가 있다고 보고했다. (Ortiz 외 2012, Nature · Protopapa 외 2025, ApJL)

그때 얻은 마케마케의 두 축은 각각 1,430킬로미터와 1,502킬로미터였다. 명왕성보다도 에리스보다도 작다. 표면은 매우 밝아서 햇빛을 아주 잘 반사한다.

대기가 없다는 결론은 당시 예상을 뒤집은 것이었다. 마케마케 표면은 메탄 얼음으로 덮여 있고, 대기는 사실상 비어 있고, 위성은 어둡고 작다. 명왕성과 재료가 비슷한데 하늘만 없는 셈이다.

그 그림이 2025년에 다시 흔들렸다. 제임스웹 우주망원경의 근적외선 분광기는 마케마케 표면에서 메탄과 그 중수소 형태를 찾아냈고, 에테인과 아세틸렌이 뭉친 흔적도 읽어냈다. 무엇보다 표면 위에 떠 있는 메탄 가스의 신호가 잡혔다. 확인된 가스를 가진 해왕성 바깥 천체로는 명왕성에 이어 두 번째다.

가스가 있다면 어디선가 나오고 있다는 뜻이다. 연구진은 국지적으로 따뜻한 지점에서 새어 나오는 분출을 후보로 든다. 이 해석이 맞다면 마케마케는 죽은 얼음덩어리가 아니게 된다.

위성 이야기도 늦게 붙었다. 2016년, 허블 자료를 뒤지던 연구진이 마케마케 옆에서 아주 흐린 점 하나를 찾아냈다. 지름 약 160킬로미터에 밝기가 본체의 1,300분의 1인 어두운 위성이었고, 궤도가 거의 옆으로 누워 있어 오랫동안 본체의 빛에 묻혀 있었다.

하우메아는 왜 럭비공처럼 생겼을까

자전이 너무 빠르기 때문이다. 하우메아는 약 4시간에 한 번 돈다. 지름 천 킬로미터가 넘는 태양계 천체 가운데 이만큼 빠른 것이 없다. 그 원심력에 적도가 끌려 늘어났고, 결과가 길쭉한 타원체다. NASA는 아주 오래전의 큰 충돌이 이 회전과 두 위성을 함께 만들었을 가능성을 든다. (NASA Science, Haumea)

발견 경위부터 깔끔하지 않다. 두 연구팀이 2003년과 2004년 관측을 근거로 각각 발견을 주장했고, 국제천문연맹의 행성명명집에는 발견 장소가 스페인 시에라네바다 천문대, 날짜가 2003년 3월 7일로 올라 있다. 발견자 칸은 비어 있다.

이름은 하와이 신화의 출산과 다산의 여신에서 왔다. 두 위성은 그 여신의 딸들에게서 이름을 받았다. 바깥의 히이아카는 49일에, 안쪽의 나마카는 18일에 한 바퀴를 돈다. 둘 다 2005년에 발견됐다.

하우메아는 태양에서 평균 43천문단위에 있고, 한 바퀴 도는 데 285년이 걸린다. 바위에 얼음이 씌워진 구조로 본다.

하우메아의 고리는 무엇을 말해줄까

거대 행성이 아니어도 고리를 두를 수 있다는 사실을 말해준다. 2017년 하우메아가 별 앞을 지날 때, 본체가 별을 가리기 전후로 별빛이 한 번 더 살짝 흐려지는 신호가 잡혔다. 반지름 약 2,287킬로미터, 폭 약 70킬로미터의 고리였다. 카이퍼벨트 천체에서 고리가 확인된 첫 사례다. (Ortiz 외 2017, Nature 550:219–223 · NASA Science, Haumea)

고리의 위치가 우연이 아니다. 고리 입자가 하우메아를 한 바퀴 도는 동안 하우메아는 정확히 세 바퀴 자전한다. 이런 3대 1 공명 자리에는 물질이 오래 머무를 수 있다.

같은 관측에서 본체의 치수도 새로 나왔다. 가장 긴 축이 최소 2,322킬로미터로 이전 추정보다 커졌고, 대신 밀도의 상한은 세제곱미터당 1,885킬로그램으로, 반사율은 0.51로 낮아졌다. 더 크고 더 가볍고 덜 밝은 천체가 된 셈이다.

고리의 재료는 아마 하우메아 자신에게서 떨어져 나왔을 것이다. 하우메아 주변에는 궤도와 표면 성분이 서로 닮은 작은 천체 무리가 있고, 이들은 한 번의 큰 충돌에서 갈라진 파편으로 여겨진다. 태양계에서 이런 충돌 가족이 확인된 카이퍼벨트 천체는 하우메아뿐이다.

하우메아는 왜소행성 자격을 충족할까

여기서 이야기가 묘해진다. 왜소행성의 두 번째 조건은 자체 중력으로 둥근 모양을 갖췄다는 것인데, 2017년 엄폐로 얻은 하우메아의 세 축은 균질한 천체가 회전할 때 취하는 평형 형태와 맞지 않는다. 물질의 강성이 형태를 버티고 있거나, 내부가 층으로 나뉘어 있어야 설명된다. (Ortiz 외 2017, Nature · Dunham 외 2019, ApJ)

이 어긋남은 작은 문제가 아니다. 명왕성을 행성 명단에서 내린 그 정의가, 정작 자기 목록 안의 천체에서 검증하기 어려워진다는 뜻이니까.

해결의 실마리는 층 구조에서 나왔다. 바위 핵과 얼음 맨틀로 나뉜 두 층 모형을 세우면, 평형 상태이면서도 관측된 것과 비슷한 길쭉한 형태가 만들어진다. 2026년 천문학·천체물리학 저널에 실린 연구는 그렇게 계산한 형태가 2017년 엄폐 자료와 잘 맞는다고 보고했다.

그러니 하우메아는 규칙을 어긴 천체가 아니라, 규칙을 적용하려면 안쪽까지 알아야 한다는 사실을 보여주는 사례에 가깝다. 43천문단위 밖의 천체 내부를 아는 일은 쉽지 않다.

왜소행성은 앞으로 몇 개가 될까

정해진 답이 없다. 국제천문연맹이 공식 목록에 올린 천체는 여전히 다섯이다. 반면 해왕성 바깥에는 둥글 만큼 커 보이는 후보가 훨씬 많고, 연구자에 따라 수십 개를 꼽기도 한다. 목록이 늘지 않는 이유는 후보가 모자라서가 아니고, 수십 천문단위 밖의 천체가 정말 둥근지 확인할 방법이 마땅치 않아서다. (IAU Resolution B5 · NASA Science, Dwarf Planets)

확인 수단은 사실상 두 가지다. 하나는 탐사선을 보내는 것이고, 다른 하나는 그 천체가 별 앞을 지나기를 기다리는 것이다. 앞의 방법은 세레스와 명왕성에만 쓰였다.

그래서 이 분야의 발견은 대개 몇 초짜리다. 마케마케의 크기도, 하우메아의 고리도, 별빛이 잠깐 끊기는 동안 여러 망원경이 동시에 기록한 곡선에서 나왔다. 아로코스처럼 탐사선이 직접 지나간 사례가 드문 이유이기도 하다.

기다림에는 끝이 있을까. 명왕성이 다시 행성이 될 수 있는지를 묻는 사람은 많지만, 정작 같은 칸의 나머지 넷은 이름조차 잘 불리지 않는다. 해왕성에 붙잡힌 트리톤까지 포함하면, 저 바깥에는 우리가 한 번씩만 스쳐본 세계가 줄지어 있다.

다섯이라는 숫자를 볼 때 이 점을 기억해두면 좋겠다. 그것은 태양계에 대한 사실이라기보다, 우리가 지금까지 무엇을 확인할 수 있었는지에 대한 사실이다. 망원경이 좋아지면 숫자는 움직인다.

수금지화목토천해. 짧아진 그 순서는 하늘이 바뀌어서가 아니라 우리가 더 멀리 보게 되어서 짧아졌다. 저 바깥은 여전히 붐비고 있고, 그 목록은 아직 다 적히지 않았다.

자주 묻는 질문

왜소행성은 정확히 무엇인가요?

국제천문연맹이 2006년 8월 24일 프라하 총회에서 결의안 B5로 정한 부류입니다. 태양을 돌고, 자체 중력으로 둥근 모양을 갖추고, 궤도 주변을 청소하지 못했고, 다른 천체의 위성이 아닌 천체를 가리킵니다. 국제천문연맹은 행성과 왜소행성을 서로 다른 두 부류로 설명합니다. 즉 왜소행성은 작은 행성이라는 뜻이 아닙니다.

공식 왜소행성은 몇 개인가요?

다섯입니다. 소행성대의 세레스, 그리고 해왕성 바깥의 명왕성·에리스·마케마케·하우메아입니다. 해왕성 바깥에는 둥글 만큼 큰 후보가 훨씬 많지만, 수십 천문단위 떨어진 천체가 실제로 평형 형태인지 확인할 방법이 마땅치 않아 목록은 좀처럼 늘지 않습니다.

에리스는 명왕성보다 큰가요?

지름은 조금 작고 질량은 더 큽니다. 항성엄폐로 잰 에리스의 지름은 약 2,326킬로미터로 명왕성의 약 2,377킬로미터보다 작습니다. 반면 위성 디스노미아의 공전에서 계산한 질량은 명왕성보다 약 27퍼센트 무겁습니다. 그래서 에리스는 태양계에서 가장 무거운 왜소행성입니다.

에리스 내부는 어떤 상태인가요?

따뜻한 얼음 껍질이 천천히 대류하고 있을 가능성이 큽니다. 에리스는 작은 위성 디스노미아에 조석 고정되어 있는데, 태양계 나이 안에 그만큼 자전이 늦춰지려면 내부가 조석 에너지를 많이 흡수해야 합니다. Nimmo와 Brown은 2023년 연구에서 그러려면 에리스가 바위 핵과 얼음 껍질로 분화되어 있고 그 껍질이 대류해야 한다고 결론지었습니다. 명왕성의 껍질을 전도성으로 보는 것과 대비됩니다.

마케마케에는 대기가 있나요?

명왕성 같은 전 지구적 대기는 없습니다. 2011년 항성엄폐에서 별빛이 완만하게 줄지 않고 뚝 끊겼고, 연구진은 두꺼운 대기가 없다고 결론지었습니다. 다만 2025년 제임스웹 관측은 표면 위에 메탄 가스가 있다고 보고했습니다. 확인된 가스를 가진 해왕성 바깥 천체로는 명왕성에 이어 두 번째입니다.

하우메아는 왜 럭비공 모양인가요?

자전이 너무 빠르기 때문입니다. 하우메아는 약 4시간에 한 번 자전하며, 이는 지름 천 킬로미터가 넘는 태양계 천체 가운데 가장 빠른 축에 듭니다. 그 원심력에 적도가 늘어나 길쭉한 타원체가 되었습니다. NASA는 아주 오래전의 큰 충돌이 이 회전과 두 위성을 함께 만들었을 가능성을 듭니다.

하우메아의 고리는 어떻게 발견됐나요?

항성엄폐 관측에서 나왔습니다. 2017년 하우메아가 별 앞을 지날 때, 본체가 별을 가리기 전후로 별빛이 한 번 더 살짝 흐려지는 신호가 잡혔습니다. 반지름 약 2,287킬로미터, 폭 약 70킬로미터의 고리였습니다. 고리는 하우메아의 적도면 및 바깥 위성 히이아카의 궤도면과 같은 평면에 있고, 자전 주기와 3대 1 공명에 가깝습니다. 카이퍼벨트 천체에서 고리가 확인된 첫 사례입니다.

왜소행성에 탐사선이 간 적이 있나요?

세레스와 명왕성뿐입니다. 던 탐사선이 세레스 궤도에 들어갔고, 뉴호라이즌스가 2015년 명왕성을 지나갔습니다. 에리스·마케마케·하우메아 근처에는 아직 어떤 기계도 간 적이 없고 계획도 확정되지 않았습니다. 그래서 이 셋에 대한 정밀한 수치는 대부분 항성엄폐 관측과 망원경 분광에서 나왔습니다.

참고 자료

• International Astronomical Union, Resolution B5: Definition of a Planet in the Solar System (2006년 8월 24일) — 왜소행성의 네 가지 조건, 행성과 왜소행성의 구분 기준의 출처. 원문 PDF
• International Astronomical Union, Frequently Asked Questions — Pluto and the Solar System — 행성과 왜소행성이 서로 다른 두 부류라는 설명의 출처. 원문
• 한국천문연구원, 명왕성은 “행성”인가, “왜소행성”인가? (2006년 8월 24일 보도자료) — 표결 일정, 결의안 전문 공개, 한국 천문학자들의 프라하 총회 참여의 출처. 원문
• NASA Science, Eris — 발견 경위와 날짜, 제나·가브리엘라 별칭, 명명 과정, 평균 거리 68천문단위, 공전 557년, 자전 25.9시간, 표면 온도, 대기의 동결과 해빙의 출처. 원문
• NASA Science, Haumea Facts — 자전 4시간, 평균 거리 43천문단위, 공전 285년, 두 위성과 발견 주장의 충돌, 시에라네바다 천문대 기록, 고리 발견 사실의 출처. 원문
• Sicardy, B. 외. A Pluto-like radius and a high albedo for the dwarf planet Eris from an occultation. Nature, 2011;478:493–496. — 2010년 11월 6일 엄폐 관측, 반지름 1,163킬로미터, 대기 상한 1나노바의 출처. doi:10.1038/nature10550
• NASA Science / Hubble, Astronomers Measure Mass of Largest Dwarf Planet — 에리스가 명왕성보다 약 27퍼센트 무겁다는 수치의 출처. 원문
• Nimmo, F., Brown, M. E. The internal structure of Eris inferred from its spin and orbit evolution. Science Advances, 2023;9(46). — 조석 고정, 분화된 내부, 대류하는 얼음 껍질, 명왕성과의 대비의 출처. doi:10.1126/sciadv.adi9201
• Ortiz, J. L. 외. Albedo and atmospheric constraints of dwarf planet Makemake from a stellar occultation. Nature, 2012;491:566–569. — 2011년 엄폐 관측, 두 축 1,430킬로미터와 1,502킬로미터, 전 지구적 대기 부재, 높은 반사율의 출처. 유료 저널이라 초록과 관측팀 공개 자료를 근거로 삼았다. doi:10.1038/nature11597
• Protopapa, S. 외. JWST Detection of Hydrocarbon Ices and Methane Gas on Makemake. ApJL, 2025;991:L34. — 메탄과 중수소화 메탄, 에테인·아세틸렌 집합체, 메탄 가스 검출, 명왕성에 이은 두 번째 사례라는 서술의 출처. arXiv:2509.06772
• Parker, A. H. 외. Discovery of a Makemakean Moon. ApJL, 2016. — 위성 MK2의 지름 약 160킬로미터, 본체의 1,300분의 1 밝기, 거의 옆으로 누운 궤도의 출처. arXiv:1604.07461
• Ortiz, J. L. 외. The size, shape, density and ring of the dwarf planet Haumea from a stellar occultation. Nature, 2017;550:219–223. — 고리의 반지름·폭·공명, 가장 긴 축 2,322킬로미터, 밀도 상한 1,885킬로그램, 반사율 0.51, 평형 형태와의 불일치의 출처. doi:10.1038/nature24051
• Dunham, E. T. 외. Haumea's Shape, Composition, and Internal Structure. ApJ, 2019;877:41. — 균질한 평형 타원체와 맞지 않는다는 점, 분화된 내부 또는 강성 지지가 필요하다는 해석의 출처. doi:10.3847/1538-4357/ab13b3
• Equilibrium figure of Haumea and possible detection via stellar occultation. Astronomy & Astrophysics, 2026. — 바위 핵과 얼음 맨틀의 두 층 평형 모형이 2017년 엄폐 자료와 맞는다는 결과의 출처. 원문

에리스·마케마케·하우메아에는 탐사선이 간 적이 없다. 이 글의 수치는 항성엄폐, 위성의 공전, 망원경 분광에서 나온 값이며 모두 위 자료에서 가져왔다. 확정되지 않은 부분은 확정되지 않았다고 적었다. 특히 에리스의 내부 상태와 마케마케 메탄의 기원, 하우메아의 평형 여부는 아직 결론이 나지 않았다. 도식 세 점은 직접 만들었으며 축척은 설명을 위해 조정했다. NASA가 공표하는 하우메아의 지름 약 1,740킬로미터는 구로 환산한 값이고, 본문의 2,322킬로미터는 엄폐로 잰 가장 긴 축이다. 하우메아 충돌 가족에 대한 서술은 Ortiz 외 2017 논문의 서론을 근거로 삼았다.