혜성 꼬리는 왜 생기는 걸까?

 

혜성꼬리란?

"빗자루 별"이라고도 불리는 혜성은 태양에 접근할 때 길고 깨끗한 꼬리를 붙입니다.
태양광과 깨끗한 꼬리에는 어떤 관계가 있을까요.
혜성은 암석질, 금속질의 칠레, 휘발성 물질이 얼어붙은 칠레 등이 섞여 생긴 것입니다. 이른바 "더러운 눈덩이"와 같은 것입니다. 태양으로부터 멀리 있을 때는, 우주를 구르는 돌인 것 같습니다만, 태양에 접근하면 가열되어 가스가 증발해, 더스트(칠레)나 미립자(전자나 이온)를 방출합니다. 이것은 「꼬리」가 되어, 태양의 빛의 압력 「광압」등의 영향을 받아 흐르는 것입니다.

 

 

혜성은 두 종류의 꼬리를 가지고

혜성의 꼬리는 그 빛의 스펙트럼의 차이로부터 두 종류의 꼬리가 관측됩니다. 하나는 빗자루 모양처럼 똑바로 뻗은 "플라스마의 꼬리". 또 하나는, 빗자루의 끝과 같이 퍼진 「먼지의 꼬리」. 플라즈마의 꼬리는 태양의 자외선을 받고 이온화된 전자와 이온으로 만들어집니다. 더스트의 꼬리는 크기가 수 마이크로미터(1마이크로미터=1000분의 1밀리) 이하의 칠레로 이루어져 있습니다. 먼지의 꼬리는 태양의 빛의 압력 "광압"과 혜성의 핵의 궤도 운동의 영향을 받아 퍼지면서 약간 구부러져 흐릅니다.

 

 

빛에는 압력이

빛이 물체에 흡수되거나 반사될 때 물체의 표면에 미치는 압력을 "광압"이라고 합니다. 이것은 "방사압"이라고도 하며, 광자(포톤)가 물건에 부딪쳐 반사되면 운동량이 변화하기 때문에 발생합니다. 운동량의 변화분이 힘으로서 작용하는 것입니다(빛에는 역학적 작용도 있는군요). 광자는 질량(무게)은 제로입니다만, 파로서의 성질도 있기 때문에 운동량을 가지고 있습니다. 그 크기는 결코 작지 않고 지구 표면 1m2 당 작용하는 태양광의 광압을 계산하면 1g의 물체를 초속 7mm씩 가속할 수 있는 힘이 됩니다. 지상에서는 공기 등과의 마찰, 중력이 있기 때문에 실제로는 그다지 영향은 없습니다만, 우주 공간을 그저 작은 칠레에는 큰 영향이 있습니다. 반대로 이 힘을 이용하여 "광자 로켓"을 만드는 아이디어도 있습니다.

 

 

우주의 칠레는 태양에 끌려

광압과 우주의 칠레의 관계를 좀 더 살펴보겠습니다.우주에서는 지구 궤도상에 있는 직경이 0.1 마이크로미터 정도의 작은 암석 조각(칠레)은 광압에 의해 소용돌이 운동하면서 태양에 접근해, 약 2000년에 걸쳐 태양 내부에 우울해 버리는 것을 알고 있다 "포인팅 로버트슨 효과"라고 ​​합니다. 칠레는 광압으로 멀리 날아갈 수 있지만, 왜 태양에 접근하는가? 그것은 물체가 움직이고 있기 때문에 태양의 빛에서 받는 광압의 방향과 실제 태양의 방향이 다르기 때문입니다. 광압으로 멀어지려고 하는 태양 방향의 분력에 비해, 태양의 중력 쪽이 강하고, 서서히 태양에 끌립니다.

 

 

빛이 보이는 방향은 변화한다

우주에 있는 별에서 닿는 빛의 방향은 지구의 운동(공전이나 자전) 때문에 다른 방향에서 오는 것처럼 보인다는 것을 알고 있습니다. 이 현상을 「광행차」라고 합니다. 이 현상은 항성의 보이는 방향이 계절에 따라 다르다는 것을 연구하여 발견되었습니다. 별의 위치는 지구의 운동으로 겉보기의 위치가 변화하지만, 그 빛 자체는 지구로 똑바로 진행할 수 있습니다. 광행차가 생기는 것은 수직으로 내리는 비 속을 달리면 비가 앞에서 내려오게 되는 것과 같은 이유 때문입니다. 이 광행차의 각도는, 계산으로 산출할 수 있는 것도 알고 있습니다.