힐권(중력권) (Hill Sphere)
쉽게 풀면
한 천체가 자기 주변에 위성을 붙잡아 둘 수 있는 중력이 미치는 범위를 말합니다.
왜 중요한가
힐 구는 행성이 태양의 조석력을 이기고 위성을 붙잡아 둘 수 있는 영역이므로, 위성의 안정 궤도 범위와 탐사선을 어디까지 행성 주위에 둘 수 있는지를 정합니다. 원반에서 자라는 행성이 물질을 끌어모으는 영역도 힐 반지름으로 표현되어 행성 강착 이론의 기본 척도가 되고, 외계행성 주위 위성의 존재 가능성을 따질 때도 먼저 계산합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
위성이 행성의 힐권 안쪽에 있어야 태양의 조석력에 끌려가지 않고 안정적으로 그 행성을 계속 돌 수 있다는 판단 기준을 설명한다.
행성과 태양의 거리가 궤도 상에서 계속 바뀌면 힐권의 크기도 함께 변하므로, 가장 가까워지는 시점을 기준으로 안정성을 따지는 것이 더 엄격한 판단이 된다는 뜻이다.
조금 더 깊게 보면
힐 구 안이라고 모두 안정한 것은 아니며, 장기 안정 궤도는 대개 힐 반지름의 절반 이하로 제한됩니다. 힐 구는 원운동을 가정한 근사라 이심률이 큰 궤도에서는 근일점에서의 값이 실질적 한계가 됩니다. 로시 로브와 개념이 비슷하지만 로시 로브는 두 천체가 비슷한 질량인 쌍성에 쓰고 힐 구는 질량비가 극단적인 경우의 근사라는 차이가 있습니다. 힐 구는 두 천체가 원 궤도를 돈다는 가정 아래 유도된 근사적 개념이므로, 이심률이 큰 궤도를 도는 행성에서는 태양에 가장 가까워지는 근일점에서 계산한 값이 위성 안정성을 판단하는 실질적인 한계로 쓰입니다. 개념이 비슷한 로시 로브는 두 천체의 질량이 비슷한 쌍성계에 적용하는 반면, 힐 구는 질량비가 극단적으로 차이 나는 경우의 근사라는 점에서 서로 다른 상황에 쓰이는 개념입니다.
주의할 점
힐권은 완벽한 구형이 아니라 근사적 개념이며, 실제 안정 궤도 영역은 힐권 반경의 일부(대략 1/3~1/2)로 더 좁게 잡는 것이 일반적이다. 힐권 반경 안에 있다고 모두 안정적인 것은 아니며, 실제로 장기간 안정적인 위성 궤도는 대개 힐 반경의 절반 이하 범위로 훨씬 좁게 제한된다는 점에 유의해야 한다. 이심률이 매우 큰 궤도를 도는 천체는 근일점 부근에서 힐권 반경 자체가 크게 줄어들므로, 원일점을 기준으로 계산한 값만 보고 위성의 안정성을 낙관적으로 판단하면 실제로는 위성을 잃을 수 있다.