천왕성(Uranus)에 대해 알아보겠습니다!
개요
태양계에서 7번째 행성인 천왕성은 지구에서 약 18억km 떨어져 있습니다. 지름은 약 51,000km로, 토성보다 조금 작습니다. 천왕성은 다른 행성들과는 달리 90도로 넘게 옆으로 누운 채 자전하며, 이에 따라 특이한 극지방의 낮과 밤이 형성됩니다. 천왕성의 지표는 암석과 얼음으로 이루어져 있고, 대기는 수소와 헬륨, 그리고 약간의 메탄으로 이루어져 있습니다. 풍속은 초당 900km에 달합니다. 천왕성은 관측하기 어려운 행성 중 하나로, 지구에서 망원경으로도 상세한 정보를 얻기 어렵습니다. 고리도 갖고 있지만 매우 얇아서 마찬가지로 관측하기 어렵습니다. 천왕성은 다수의 위성을 가지고 있는데, 그중에서 가장 유명한 위성은 '미란다(Miranda)'와 '티타니아(Titania)'입니다. 보이저 2호 이후 천왕성에 대한 상세한 탐사선 미션은 진행되지 않았습니다. 그런데도 천왕성은 태양계의 다른 행성들과는 여러 다른 특징들을 가진 매우 흥미로운 천체입니다.
관측 및 탐사
천왕성이 행성으로 확인된 것은 얼마 되지 않았습니다. 실제로는 여러 번 관측됐지만 행성으로 인식되지는 않았습니다. 알려진 최초 관측 사례는 1690년, 영국의 천문학자인 존 풀럼스티드(John Flamsteed)가 황소자리 34번째 별로 기록한 것이 가장 오래된 기록입니다. 1781년에는 독일의 천문학자 윌리엄 허셜(Frederick William Herschel)도 천왕성을 관측했지만 혜성이라고 생각했습니다. 이후 러시아 천문학자인 앤더스 렉셀(Anders Lexell)이 허셜의 관측 결과를 토대로 원 궤도를 계산해 행성임을 밝혀냈습니다. 1990년에 발사된 허블 우주 망원경으로 천왕성을 상대적으로 더 가까이서 관측할 수 있었습니다. 이를 통해 천왕성의 대기 조성과 반지, 그리고 위성들에 대한 좀 더 정확한 정보가 얻어졌습니다. 2011년에는 오로라 폭풍을 관측하기도 했습니다. 천왕성에 접근한 탐사선은 1977년에 발사된 NASA의 보이저 2호뿐입니다. 보이저 2호는 1986년 천왕성에 가까이 접근해 천왕성뿐만 아니라 고리와 위성도 촬영했습니다.
물리적 특성
천왕성은 가스와 얼음으로 이루어진 행성입니다. 천왕성의 대기에는 주로 수소(약 83%)와 헬륨(약 15%) 그리고 약간의 메탄(약 2%)이 포함되어 있습니다. 관측했을 때 천왕성은 청록색을 띠는데, 그 이유는 대기에 포함된 메탄에 의해 적색광이 흡수되기 때문입니다. 천왕성의 대기는 구름이 보이지 않는 특징을 갖고 있어 보기에는 조금 밋밋한 맛도 있습니다. 이는 자전축의 영향으로 주야간 기온 변화가 거의 없기 때문입니다. 그러나 공전 중에 적도 방향으로 태양광이 닿게 되면 일반 행성과 같은 밤낮의 반복이 일어나면서 기온 변화가 일어나게 됩니다. 과거에는 천왕성과 해왕성도 목성형 행성으로 분류됐었으나, 행성 탐사가 이루어지면서 목성/토성과는 가스와 중심부의 비율이 크게 다르다는 것이 밝혀졌습니다. 이에 따라 천왕성과 해왕성을 목성형 행성이라 불리는 거대 가스행성이 아닌 거대 얼음 행성으로 분류하는 경우도 있습니다.
성분에 따른 목성형 / 천왕성형 행성 분류
| 내부 구조 | 핵 | 핵 주위 중간층 | 대기 |
| 목성형 행성 | 암석, 얼음 | 분자 수소 | 금속성 수소 |
| 천왕성형 행성 | 암석, 얼음 | 맨틀 (물, 암모니아, 메탄 얼음) |
수소, 헬륨, 메탄 |
자전축
천왕성의 가장 큰 특징 중 하나는 자전축이 극단적으로 기울어져 있다는 점입니다. 천왕성의 적도 경사각은 약 98도, 즉 황도면에 비해 거의 옆으로 넘어져 있습니다. 더불어 공전 주기가 약 84년이기 때문에 즉 극점에서는 낮과 밤이 각각 약 42년간 지속됩니다. 천왕성의 자전축이 왜 이렇게 기울어져 있는지는 아직 명확히 밝혀지지 않았습니다. 천왕성이 아직 완성되기 전에 큰 원시 천체가 충돌해서 그랬다는 자이언트 임팩트설이 있고, 과거에 거대 위성의 존재 및 이에 따른 인력의 영향으로 축이 기울어졌다는 설 등이 있습니다. 자전축의 기울기 때문에 적도 주위보다 양극이 태양으로부터의 열을 많이 받지만 신기하게도 적도가 양극보다 온도가 높습니다. 이 이유도 아직 완전히 해명되지 않았습니다.
위성
천왕성에는 27개의 위성이 발견되었습니다. 이 중 5대 위성인 티타니아, 오베론, 엄브리엘, 아리엘, 미란다(크기순)에 대해 알아보겠습니다. 이 다섯 위성은 모두 질량이 행성만 해서 만약 태양을 공전했다면 행성이나 명왕성 같은 왜행성으로 분류됐을 것입니다.
티타니아(Titania)
티타니아는 천왕성의 가장 큰 위성으로, 지름은 약 1,580km입니다. 티타니아의 표면은 계곡, 크레이터, 산 등 다양한 지형으로 구성되어 있습니다. 이 위성의 표면은 얼음과 바위의 혼합물로 이루어져 있으며, 얼음의 밀도 변화로 인해 지구상의 표면과 유사한 특징을 보이기도 합니다.
오베론(Oberon)
오베론은 다섯 위성 중 가장 멀리 떨어져 있습니다. 지름은 약 1,520km입니다. 이 위성은 오래된 크레이터가 많습니다.
엄브리엘(Umbriel)
지름은 약 1,169km입니다. 엄브리엘은 아주 거대하고 오래된 크레이터들을 갖고 있다는 특징이 있습니다. 이 위성은 얼음과 바위로 구성되어 있으며, 그 밝기와 색상의 변화는 다양한 지질적 활동을 나타낼 수 있습니다.
아리엘 (Ariel)
지름은 약 1,158km입니다. 아리엘의 표면은 크레이터, 계곡, 산, 그리고 평원과 같은 다양한 지형으로 구성되어 있습니다. 이 위성의 표면에는 얼음과 바위가 혼합되어 있으며, 화산활동과 강력한 충돌로 인해 형성된 특징들이 관찰됩니다. 지표 색상도 밝은 편이라 아마도 비교적 최근에 생겼을 것이라 추측하고 있습니다.
미란다(Miranda)
미란다 천왕성의 위성 중 가장 작을 뿐만 아니라 천왕성과 가장 가까이 있는 위성이기도 합니다. 미란다 지형은 풍화, 화산활동, 그리고 충돌 등의 다양한 과정에 의해 형성되어 약간은 찌그러진 형태입니다. 이 위성은 다른 위성과 비교하여 비정형적인 모습을 가지고 있어, 그 기원과 역사를 연구하는 데 도움이 되는 천체입니다.
맺음말
이번 포스팅을 통해서 천왕성의 신비로운 세계를 조금 더 가까이 접해보았습니다. 태양계 내에서 독특한 위치에 있는 천왕성은 여전히 미지의 영역이 많이 남아있지만, 과학과 기술의 발전으로 인해 우리는 점차 그 행성의 비밀을 풀어가고 있습니다. 이렇게 천왕성의 탐험을 마치며, 태양계의 다른 행성들과 마찬가지로 이 작고 아름다운 천체에서도 계속해서 새로운 이야기들을 발견하고 탐험해 나아가기를 기대합니다.
