한국천문연구원(이하 천문연)과 체코 카렐대학교 공동 연구팀은 소행성 2012 TC4(이하 TC4)가 일반적인 소행성과 달리 특이한 비주축 자전운동을 하는 모습을 포착하고 관측 데이터를 분석해 TC4의 자전주기가 빨라졌다는 새로운 사실을 발견했다.

비주축 자전운동(non-principal axis rotation)은 팽이가 쓰러지기 직전에 비틀거리면서 회전하듯이 자전하며 자전축이 회전하는 세차운동이 동시에 일어나는 자전운동이다. 

소행성은 주로 화성과 목성 궤도 사이를 공전하는 소행성대에 위치한 태양계 작은 천체들이다. 소행성 TC4는 지난 2012년과 2017년에 각각 지구로부터 약 9만5000km, 5만km 거리까지 접근했다.

국제소행성 경보네트워크(IAWN)와 천문연은 소행성 TC4의 공동 관측 캠페인을 추진했고, 전 세계 21개 천문대가 참여해 TC4의 밝기 변화를 추적했다.

천문연-카렐대학교 공동 연구팀은 이 관측 데이터를 분석해 TC4의 3D 형상 모델을 구현했고 그 결과, 2012년부터 2017년까지 5년 사이에 TC4의 자전 속도가 18초 빨라졌다는 것을 알아냈다.

소행성은 스스로 빛을 내지 않지 않고 햇빛을 일부만 반사하고 크기가 작아 직접 관측하고 연구하는 데 제약이 많다.

연구진은 TC4가 자전하며 태양빛을 반사해 나타나는 밝기의 변화를 역산해 3D 모델을 구현했고 이를 통해  TC4가 비주축 자전 소행성임을 밝혔다.

또한 소행성에 가해지는 여러 가지 내외부적 요인을 가정해 계산한 결과, TC4의 자전 상태가 달라진 주요 원인은 소행성의 태양 에너지 흡수와 재방출에 따른 요프 효과(YORP) 때문이라고 밝혔다.

이번 연구를 주도한 천문연 이희재 박사는 “근지구 소행성 특성과 요프 효과에 관한 연구는 지구 충돌 가능성이 높은 소행성의 정확한 궤도를 알아내기 위해 매우 중요하다”며 “이번 연구를 통해 비주축 자전 소행성의 자전 변화를 실제로 확인했고, 향후 소행성 지구 충돌 위험 예측에 기여할 것”이라고 말했다. 

한편 천문연은 비주축 자전을 하는 또 다른 소행성 아포피스(Apophis)에 대한 직접탐사 임무를 계획하고 있다.

아포피스는 2029년 4월 14일 지표면에서 3만1000km 상공을 통과할 것으로 예상한다. 아포피스 역시 지구로 인한 조석력의 영향을 받아 자전 특성이 변할 것으로 예측된다. 천문연은 향후 아포피스 탐사 임무 기획에 이번 연구 결과를 활용할 예정이다.

이 연구 결과는 ‘미국 천문학회 천문학 저널’(Astronomical Journal) 2021년 2월 11일자에 게재됐다.