해왕성

해왕성(Neptune)에 대해 알아보겠습니다.

 

개요

해왕성은 태양계에서 가장 먼 행성입니다. (45억 km) 지구보다 약 17배 무거우며, 가스 행성 중에서는 밀도가 가장 높습니다. 지구 시간으로 164.8년마다 공전합니다. 먼 거리에 있어 탐사와 관측이 어려웠지만, 현대 기술의 발달로 해왕성에 대한 많은 정보를 얻게 되었습니다. 해왕성은 얼음과 가스로 이루어진 행성으로, 지구와 유사한 내부 구조를 가지고 있지만 어두운 대기와 강력한 바람, 그리고 특이한 자기장을 지니고 있습니다. 해왕성의 내부는 암석과 금속의 코어로 둘러싸인 얼음으로 이루어져 있습니다. 내부에서는 지열 에너지로 인해 활동이 일어나고 있을 것으로 예상됩니다. 해왕성의 대기는 수소와 헬륨으로 구성되어 있으며, 천문학적 관측에서 파란색의 색깔을 띠고 있습니다. 강력한 바람과 폭풍이 특징이며, 목성의 대적반과 유사한 대흑반(Great Dark Spot)이 관측되었습니다. 해왕성 주위에는 14개의 위성이 무리를 지어 돌고 있습니다. 가장 큰 위성은 트리톤(Triton)으로, 다른 위성들과는 달리 역동적인 궤도를 가지고 있습니다. 트리톤은 화산활동과 지하 얼음층 등의 다양한 특징을 가지고 있습니다.

 

최초 발견과 관측 및 탐사

최초 발견

해왕성의 최초 발견 역사는 여타 다른 행성들과는 매우 다른 양상을 보입니다. 해왕성은 너무 멀어서 맨눈으로는 관측할 수 없습니다. 17세기 들어 갈릴레오 갈릴레이가 해왕성을 발견했던 기록이 있긴 합니다. 그런데 하필 이때 해왕성이 공전 궤도에서 역행하기 시작했을 때라 움직임이 거의 없었기 때문에 갈릴레이는 해왕성을 목성 근처에 있는 별로 인지했었습니다. 명왕성은 망원경으로 그 존재를 확실히 관측하기 전에 수학적 계산을 통해 그 존재가 추정된 최초의 행성이자 마지막 행성입니다. 1821년 프랑스의 천문학자 알렉시 부바르는 우리가 알지 못하는 천체의 중력에 의해 천왕성의 궤도가 규칙적이지 않다는 가설을 주장했습니다. 부바르의 가설을 토대로 이후 1845년~46년 사이에 영국의 수학/천문학자인 존 쿠치 애덤스(John Couch Adams), 프랑스의 위르뱅 르베리에(Urbain Jean Joseph Le Verrier), 독일의 천문학자인 요한 고트프리트 갈레(Johann Gottfried Galle)가 각각의 계산 결과를 통해 해왕성의 존재를 확인합니다. 이것 때문에 최초 발견자가 누군지에 대해 각국의 정치적 이해 대립이 발생했지만, 결국 모두 해왕성의 공동 발견자로 인정됩니다.

 

관측 및 탐사

해왕성은 목성의 위성보다도 어둡게 보입니다. 이 때문에 현대 들어 허블 우주 망원경 같은 최첨단 광학 장비가 탑재된 대구경 망원경이 개발되기 전까지는 관측 자체가 매우 한정적이었습니다. 2022년 9월 21일 제임스웹 우주망원경(JWST)은 보이저 2호 이후 30년 만에 가장 선명한 해왕성의 고리 이미지를 찍어 지구로 보내왔습니다.

 

해왕성에 접근한 유일한 우주 탐사기는 보이저 2호입니다. 1989년 8월 25일, 보이저 2호는 해왕성 대기 상공 4,400㎞ 이내에 접근하기 전에 위성 네레이드에 접근했고, 그리고 최대 위성인 트리톤 근처를 지나갔습니다. 보이저 2호는 해왕성을 둘러싼 자기장의 존재를 확인하고 자기장이 중심에서 어긋나 천왕성과 비슷하게 기울어져 있음을 밝혀냈습니다. 또 해왕성에는 놀라울 정도로 활발한 대기 활동이 있는 것으로 나타났습니다. 그뿐만 아니라 해왕성 위성을 6개나 더 발견했고 여러 개의 고리가 존재하는 것도 확인했습니다

 

물리적 특성

내부구조

해왕성의 반경/질량/부피는 각각 지구의 약 4배/17배/57배 정도입니다. 전반적으로 지구와 거대 가스 행성의 중간값을 가지고 있습니다. 해왕성의 내부 구조는 천왕성과 비슷하기 때문에 거대 얼음 행성으로 분류됩니다. 규산염과 니켈, 철 등으로 구성된 핵이 있으며 그 주변을 물과 암모니아, 메탄으로 이루어진 얼음층이 맨틀을 형성하고 있습니다. 대기는 수소, 헬륨, 메탄가스가 주성분입니다. 대기 상층권은 안개 입자층이 두꺼운 구름으로 뒤덮여있습니다. 상층권은 태양계에서 가장 온도가 낮은 곳 중 하나이며 가장 바깥에 있는 구름의 온도는 약 -220℃이지만 행성 중심부의 온도는 약 5100℃ 정도로 추정됩니다. 천왕성과는 또다른 색조지만 해왕성도 천왕성과 마찬가지로 메탄에 의한 적색 빛 흡수로 푸른빛을 띠고 있습니다. 

 

폭풍(대흑반 등)

비교적 특징이 밋밋한 천왕성의 대기와는 대조적으로 해왕성의 대기는 활발하고 뚜렷한 변화를 보이는 기후를 가집니다. 예를 들어 1989년 보이저 2호가 남반구에 목성의 대적반과 유사한 대흑반이라고 불리는 무늬가 발견되었었습니다. 크기는 세로 6,600km, 가로 13,000km, 관측된 풍속은 2100km/h(580m/s)나 됐습니다. 하지만 94년 11월에 허블 우주 망원경이 관측했을 때는 대흑반이 사라지고 없어진 상태였습니다. 대신 해왕성의 북반구에서 또 다른 폭풍인 스쿠터(Scooter)가 발견되었으며 남반구에는 소흑반(Small Dark Spot)이 확인됐습니다. 지금까지 이러한 폭풍이 발생하는 이유에 대해서는 명확히 밝혀지지 않았습니다.

 

위성

해왕성의 위성은 지금까지 14개가 발견되었습니다. 가장 큰 위성인 트리톤으로, 앞서 말씀드렸던 천왕성이 관측된 1846년 이후 얼마 지나지 않아 발견되었습니다. 태양계 내 다른 위성들과는 달리 역행 궤도를 달리고 있어서 아마도 원래는 카이퍼 벨트 안에 있었던 준행성 규모의 천체가 해왕성에 포획된 후 위성이 된 것으로 파악하고 있습니다. 두 번째 행성인 네레이드는 매우 왜곡된 궤도를 가진 위성 중 하나입니다. 보이저 2호는 새로운 6개의 위성을 발견했습니다. 2013년에는 허블 우주 망원경이 히포캄프라는 위성을 새로 발견했는데, 지름이 35km로 지금까지 발견된 해왕성의 위성 중 가장 작습니다.