"천왕성은 무엇인가?"
딱딱! 안녕하세요. 지식연구소의 딱따구리입니다. 반갑딱:) 😊
오늘 포스팅은 천왕성에서 다뤄볼까합니다. 태양계의 일곱번째의 행성이자 우라노스라는 영어이름을 갖고 있는 천왕성입니다. 위에 사진 보고 천왕성이 저렇게 찍혀있는지는 처음 알았네요.
자 그럼 천왕성에 대해서 알아볼까요?
천왕성(天王星, Uranus)은 태양에서부터 일곱번째로 떨어져 있으며 세번째로 반지름이 크고 네번째로 질량이 큰 태양계의 행성입니다. 영어 이름 '우라노스(Uranus)'는 크로노스의 아버지이자 제우스의 할아버지인 그리스의 신 우라노스에서 따온 것입니다. 이 행성은 기존의 다섯 행성들처럼 맨눈으로 볼 수 있음에도 불구하고 하늘에서 매우 느리게 움직이는데다 매우 어둡기 때문에 그 존재가 오랫동안 인류에게 밝혀지지 않았습니다. 천왕성은 여러 다른 천문학자들에게 맨 눈으로 관측되기도 하였으나, 그들은 모두 천왕성을 어두운 별이라고 생각하였습니다. 천왕성의 최초 발견자로 불리는 윌리엄 허셜 경도 천왕성을 아주 큰 망원경으로 보고 동그란 모양이라는 점 때문에 처음엔 꼬리가 발달하지 않은 혜성인 줄 알았다고 합니다. 그는 1781년 3월 13일 천왕성의 발견을 공식적으로 발표했으며 근대 천문학자에서 최초로 다섯 행성 너머로 태양계의 지평을 넓히는 업적을 남겼습니다. 천왕성은 맨눈이 아닌 기술망원경을 이용하여 발견한 최초의 행성이기도 합니다.
천왕성을 이루고 있는 물질을 해왕성과 완연하여 둘 보다 큰 가스 행성인 목성, 토성과는 그 조성물이 다릅니다. 이런 이유로 천문학자들은 종종 이들을 '얼음 거대 행성'이라는 이름으로 구별합니다. 천왕성의 대기는 목성이나 토성의 대기처럼 수소와 헬륨으로 이루어져 있으나, 물, 암모니아, 메테인, 소량의 탄화 수소와 같은 휘발성 물질들이 더 많이 섞여 있습니다. 천왕성의 대기는 태양계 행성들 중 가장 차가운데 그 온도는 최소 49k(-224도)에 이릅니다. 천왕성이 해왕성보다 더 차가운 이유는 해왕성 내부에서 이유를 알 수 없는 열이 발생하기 때문입니다. 천왕선 대기에는 복잡하게 층이 진 구름의 구조가 형성되어 있는데 고도가 낮은 층의 구름은 물로 이루어져 있고 그 위층의 구름들은 메테인의 결정일 것으로 추측됩니다. 천왕성의 내부를 구성하는 물질은 거대 가스 행성과는 달리 주로 얼음과 암석입니다.
다른 가스 행성들과 마찬가지로 천왕성은 고리, 자기장, 수많은 자연위성을 지니고 있습니다. 천왕성계는 자전축이 약 98도 정도로 크게 기울어져 있어 거의 공전면과 맞닿을 정도입니다. 다시 말하자면 천왕성의 북극 및 남극이 가리키는 방향은 다른 행성들의 적도가 가리키는 방향과 비슷합니다. 지구에서 보았을 때 천왕성의 고리는 종종 과녁 모양처럼 천왕성 주위를 둥글게 두르고 있으며, 위성들은 천왕성을 시계 방향으로 회전하는 것처럼 보입니다. 다만 2006년부터 2007년에 걸쳐 천왕성의 고리는 우리의 시선 방향과 평행하게 놓여 보이지 않았습니다. 1986년 보이저 2호가 천왕성을 스쳐 지나갔는데 이 때 보이저가 가시광선 영역에서 바라본 천왕성은 다른 가스 행성들이 흔이 보여주는 구름띠나 태풍의 모습이라고는 찾을 수 없는, 특징 없는 밋밋한 행성이었습니다. 그러나 지구 관측자들은 최근 수 년에 걸쳐 천왕성이 분점에 접근하면서 날씨 변화 및 계절적 변화를 보이는 것을 관측했습니다. 천왕성에서의 바람 속도는 초당 250미터에 이릅니다.
해왕성과 마찬가지로 언 메탄이 표면을 이루고 있는데, 해왕성과 달리 초록색을 띠고 있습니다. 플램스티드 명명법에서는 '황소자리 34'로 불립니다. 플램스티드가 발견 당시에 천왕성을 항성으로 오인했기 때문입니다. 사람이 천왕성에서 몸무게를 재면 지구 무게의 88%가 나갑니다.
천왕성의 질량은 지구의 약 14.5배로 가스 행성들 중에서 가장 가볍고 밀도 또한 1.27g/cm3으로 토성 다음으로 낮습니다. 천왕성의 반지름은 해왕성보다 조금 더 크나 밀도가 낮기 때문에 질량은 해왕성보다 작습니다. 밀도가 낮은 것으로부터 천왕성 내부는 물, 암모니아, 메테인 등 여러 종류의 물질이 섞인 상태에 있음을 추측할 수 있습니다. 천왕성 내부 얼음 물질의 총질량은 정확히 알려져 있지 않으며 선택된 모형에 따라 다른 값이 도출됩니다. 그러나 여러 모형에 근거할 때 얼음 물질의 질령은 지구의 9.3~13.5배정도일 것입니다. 수소와 헬륨이 천왕성 전체 질량에서 차지하는 비율은 매우 작은데, 그 질량은 지구의 0.5 ~ 1.5배에 불과합니다. 얼음 물질과 가벼운 기체 물질을 제외한 나머지 질량은 암석 물질일 것으로 생각됩니다.
천왕성 내부는 표준 모형에 따르면 세 부분으로 나뉩니다. 중심부에는 암석 물질의 핵이 있고 그 위로 얼음 혼합물로 구성된 맨틀이 있으며 가장 바깥 층은 수소와 헬륨으로 이루어진 기체층입니다. 천왕성의 중심핵 질량은 지구의 0.55배이며 반지름은 천왕성 크기의 20퍼센트 정도로 전체에 비해 상대적으로 크기가 작습니다. 맨틀이 천왕성 부피의 대부분을 차지하며 그 질량은 지구의 13.4배 정도입니다. 최상층의 가벼운 원소로 이루어진 대기층 질량은 지구의 0.5배에 두께는 천왕성 반지름의 20퍼센트 정도입니다. 천왕성 핵의 밀도는 약 9g/cm3로 여기에는 800만 바에 이르는 압력이 가해지고 있으며 온도는 5000켈빈입니다. '얼음' 맨틀층은 우리가 생각하는 상식적인 차가운 얼음으로 이루어진 것이 아니라, 압력으로 뜨겁게 가열된 물, 암모니아, 기타 휘발성 물질들이 농밀하게 흐르고 있는 상태입니다. 이 유체를 물-암모니아 바다로 부를 때도 있습니다. 천왕성과 해왕성 내부는 목성 및 토성 내부와 매우 다른데, 전자 둘은 가스층 아래 얼음 맨틀이 부피 대부분을 차지하나 후자 둘은 가스가 대부분을 구성하고 있습니다.
위에 설명한 가설 모형 외에도 다른 내부 구조 가설들이 있으나 이들의 주장 또한 그리 천왕성의 물리적 수치에 모순되지 않습니다. 예를 들어 만약 상당량의 수소와 암석 물질이 얼음 맨틀에 섞여 있을 경우 맨틀 내 얼음 질량은 표준 모형이 주장하는 바에 비해 줄어들 것이며 얼음이 줄어든 만큼 기체 및 암석 물질의 질량이 많다고 해석이 가능합니다. 현재 천왕성의 물리적 측정치만으로는 어떤 모형이 정화하지를 판별할 수 없습니다. 천왕성 내부가 유체 형태라는 사실로부터 딱딱한 표면이 없을 것임을 추측할 수 있습니다. 기체로 이루어진 대기 밑으로 점차 하강할수록 구성 물질들은 액체에 가까워질 것 입니다. 편의상 대기압이 1바인 지점을 회전 타원체의 '표면'이라고 정의하고 있습니다. 이 정의에 따르면 천왕성의 적도 반지름과 극반지름은 각각 25,559 ± 4km, 24,973 ± 20km가 됩니다. 본 문서의 고도 관련 내용은 위 정의에 따라 계산한 것입니다. 네이처 피직스 최근호에 실린 미국 로렌스 리버모어 국립 연구소의 존 에거트 박사의 논문에 따르면 해왕성과 천왕성의 바다는 다이아몬드 바다일 가능성이 있습니다. 그 액체 다이아몬드 바다 위에는 다이아몬드 덩어리들이 떠다닐 것이라고 합니다.
자 이렇게 천왕성의 정의와 내부구조에 대해서 알아보았습니다. 존 에거트 박사의 논문에 따르면 해왕성, 천왕성 바다는 다이아몬드 바다일 가능성이 있다니... 이거 놀라운 정보 아닌가요? 과학의 발달로 언젠가는 인간이 가볼 수 있겠죠? 태양계 행성을 조사 공부하면서 SF영화 인터스텔라가 너무나 생각이나네요. 시간이 되면 다시한번 시청해봐야겠습니다.
다음시간에는 해왕성에 대해서 알아보겠습니다.
그럼 딱따구리의 지식연구소는 여기까지 !
모두 좋은 하루 되세요. 🖐🖐🖐
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