혜성에도 중력이 있는데 왜 부유물들이 흩어져 꼬리를 만들까?

혜성에는 꼬리가 있다. 그런데 지구에서는 지구 중력에 의해서 대기와 해수는 물론 화산과 공장의 많은 분출물들이 지구와 함께 자전 및 공전하기 때문에 꼬리가 생기지 않는다. 과학자들은 혜성에 꼬리가 생기는 이유가 태양의 복사압 때문이라고 설명한다. 그런데 태양의 복사압은 지구에도 똑같이 작용하는데 왜 혜성에만 꼬리가 생길까? 다시 말해서 매우 약한 태양의 복사압이 어떻게 강력한 혜성의 중력을 이기고 혜성의 부유물들을 혜성으로부터 분리시키는지 알 수가 없는데 왜 그런걸까?

이 질문을 바꿔 말하면, 지구에도 화산재나 구름이나 기타 부유물들이 많이 붙어 있는데 지구는 공전할 때 그것들을 뿜어서 꼬리를 만들지 않고 있다. 과학자들은 그 이유를 중력이 태양의 복사압보다 강하기 때문이라고 설명한다. 그렇다면 혜성도 지구와 똑같이 중력이 작용하므로 운행할 때 부유물들을 뿜어서 꼬리를 만들지 말아야 한다. 그런데 왜 혜성만은 태양의 복사압이 중력을 이기고 부유물들을 끌어당겨 꼬리를 만드는가 이다.

답은 혜성의 꼬리 현상은 중력이 붙들고 있던 혜성의 부유물들을 태양의 복사압이 끌어당겨 일으키는 부유물들의 흩어짐 현상이 아니라, 혜성이 우주공간에서 빠르게 움질일 때 항상 태양의 복사압이 작용하고 있던 시공간을 가로질러 지나가면서 우주 원소들의 배열 공간을 둘로 분리하는 층 분리 현상이라고 할 수 있다. 이 답을 이해하기 위해서는 태양의 복사압과 층 분리 현상이 뭔지 알아야 한다.

먼저 태양의 복사압을 설명하면, 태양은 빛과 함께 열을 마치 바퀴살처럼 발산하는데 이 에너지를 복사에너지라 하고, 여기에 존재하는 압력을 복사압이라 한다. 그런데 빛은 전자기력이므로 압력이 존재하지 않고, 열에는 압력이 존재한다. 따라서 태양의 복사압은 열이 내는 압력, 즉 온도에 의해 발생하는 압력을 말한다.

다음은 층 분리 현상에 대해서 설명해보면, 우주의 상태는 층과 정계면으로 구성되어진 에너지가 가득 찬 공간이다. 심지어는 우주의 무중력 진공상태도 중성미자 등이 가득 들어찬 공간이다. 층 분리 현상은 이러한 4차원 시공간에서 열역학법칙에 의해 층과 층, 경계면과 경계면이 분리되는 현상을 말한다. 열의 기능에 의해 층 분리가 일어나는 현상을 좀 더 현실적으로 설명하면, 물은 온도에 따라 섭씨 0도 미만에서는 고체상태, 0~00도 사이에서는 액체상태, 100도 이상에서는 기체 상태로 존재한다. 이것이 대기권 내에서의 층분리 현상의 가장 좋은 예이다.

태양의 복사압과 층 분리현상에 대한 이러한 지식을 바탕으로 혜성의 꼬리 현상을 다시 설명하면, 태양계 내에서 지구를 포함한 모든 행성들은 자기 궤도를 유지하며 태양을 중심으로 공전하고 있다. 반면 혜성은 태양계의 공간과 공간을 가로지르며 지나간다. 이때 공간과 공간을 가로지르는 운행에는 궤도가 변수로 작용한다. 태양계의 일반 행성들은 경계면의 결을 따라 정해진 경로대로 대체로 일정하게 운행을 하지만 혜썽은 경계면의 결을 거스르며 운행한다. 그러기 때문에 혜성이 나타나는 것은 복사압이 항상 작용하고 있는 공간에 온도차를 발생시키는 물체가 지나가는 것이고, 그것이 층 분리 현상으로 작용하는 것이다. 이것이 혜성이 시공간을 가로지르면서 지나가면 높은 온도에 의해 공간이 팽창하고 동시에 그 반대로 수축된 공간이 만들어지기도 하는 층 분리 현상인데, 그것이 꼬리모양으로 나타나는 것이다. 만일 이 혜성이 지구의 대기권에 진입한다면 층을 분리하고 산소와 결합하면서 연소하는 현상이 일어나겠지만, 대기권 밖에는 산소가 거의 없고 대부분이 수소로 이루어져 있으므로 층은 분리하되 산소가 아닌 수소나 기타 원소와 결합하는 현상이 일어난다. 즉 혜성은 타지 않고 열을 발산하면서 우주의 층 분리만 일으킨다. 따라서 혜성의 꼬리현상은 혜성이 우주의 수소나 기타 우주에 퍼져있는 원소들과 결합하면서 일으키는 층 분리 현상의 흔적이라고 볼 수 있다.

태양계의 일반 행성들은 뚫린 길을 반복적으로 회전 또는 통과하므로 주변에 풍파를 일으키지 않지만, 혜성은 없는 길을 새로 만들어야 하므로 풍파를 일으키며 흔적을 남긴다.