"해왕성은 무엇인가?"
딱딱! 안녕하세요 지식연구소의 딱따구리입니다.반갑딱:)
자! 오늘은 태양계의 8개 행성 중에서 마지막 8번째 행성인 해왕성에 대해서 알아보겠습니다. 태양으로부터 가장 멀리있고 색도 짙은 파란색이라 엄청 차갑게 느껴지네요!
그럼 해왕성에 대해서 알아볼까요?
해왕성(海王星, 라틴어: Neptunus)은 태양계의 8개 행성 중 8번째 행성입니다. 해왕은 '바다의 왕'이라는 한자어로, 포세이돈 또는 넵투누스를 번역한 것입니다. 해왕성은 8개 행성 중에서 직경으로는 4번째로 크고 질량은 3번째로 큽니다. 해왕성의 질량은 지구의 17배로, 질량이 지구의 15배인 쌍둥이 행성 천왕성보다 약간 더 무겁습니다. 해왕성과 태양의 평균 거리는 30.1AU이며(45억 킬로미터), 지구와 태양 사이 거리의 대략 30배에 해당합니다. 천문 기호는 포세이돈의 트라이던트를 형상화한 창모양입니다.
해왕성은 맨눈으로 볼 수 없기 때문에 경험적 관측이 아닌 수학적 계산으로 발견된 태양계 행성 중 유일한 행성이빈다. 천왕성의 궤도에 예기치않은 변화가 있자 알레시 부봐르는 천왕성의 궤도가 발견되지 않은 행성의 중력 섭동에 영향을 받고 있다고 추론했습니다. 그후 1840년대에 위르뱅르베리에가 그 행성의 궤도를 예측했고, 1846년에 요한 고트프리트 갈레가 르베리에가 예측했던 위치 범위 안에서 해왕성을 관측했습니다. 얼마 뒤에 해왕성의 제 1위성인 트리톤이 발견되었지만, 나머지 13개의 위성들은 19세기가 다 가도록 발견되지 못했습니다. 해왕성을 방문한 우주선은 1989년 8월 25일에 해왕성을 접근 통과한 보이저 2호 하나뿐입니다.
해왕성의 구성 성분은 천왕성과 비슷하며, 목성이나 토성같은 거대 가스 행성들과는 구분되는 성분상의 차이가 존재합니다. 목성과 토성은 대기에 수소와 헬륨을 대량 포함하지만 해왕성의 재기는 극미량의 탄화수소와 질소를 포함하고 있으며, 물, 암모니아, 메테인 등이 얼어붙은 얼음질이 높은 비율을 차지합니다. 천문학자들은 이런 차이점을 강조하기 위해 천왕성과 해왕성을 거대 얼음 행성으로 따로 분류하기도 합니다. 해왕성의 내부 구조는 천왕성과 마찬가지로 얼음과 암석으로 이루어져 있는 것으로 추정됩니다. 행성의 가장 바깥층에는 메테인이 미량 존재하여 행성이 밝고 맑은 푸른색 색깔을 띱니다.
표면상에 아무 특징도 없는 천왕성과 달리 해왕성의 대기에서는 역동적이며 관측 가능한 기상 현상이 측정되고 있습니다. 1989년, 보이저 2호의 해왕성 접근 통과 때 해왕성의 남반구에서 목성의 대적점에 필적하는 대암반이 발견된 것이 그 예들 중 하나입니다. 이런 기상 현상들은 시속 2100킬로미터 속도의 태양게에서 가장 강력한 바람으로 유지됩니다. 태양에서 엄청나게 멀리 떨어져 있기 때문에 해왕성의 바깥쪽 대기는 태양계에서 가장 추운 장소들 중 하나이며, 구름층의 꼭대기는 거의 -218도에 달합니다. 반면 행성 중심부의 온도는 대략 5000도입니다. 1960년대에 이에 대한 존재에 대해 논란이 있다가 1989년에 보이저 2호의 탐사를 통해 존재가 확인 되었습니다.
해왕성의 내부 구조는 천왕성과 유사합니다. 전체 질량의 5~10%, 표층에서 핵까지 부피의 10~20%를 대기가 차지하며, 대기압은 약 10GPa입니다. 대기의 하층부에서는 메테인, 암모니아, 물이 응축되는 것이 발견되었습니다.
이 어둡고 뜨거운 영역은 점차로 온도 2,000K ~ 5,000K의 초열 상태의 약체 맨틀로 응축됩니다. 해왕성의 맨틀은 질량이 10~15 지구질량이며 물과 암모니아, 메테인이 풍부합니다. 이 혼합물은 고온고압의 유체지만 통상적인 행성과학에서 "얼음"이라고 불립니다. 전기 전도성이 높은 이 유체는 암모니아수의 바다라고 불리기도 합니다. 해왕성 내부 7000킬로미터 깊이는 메테인이 분해된 뒤 탄소가 다이아몬드 결정이 되어 핵으로 가라앉는 환경일 가능성도 있습니다. 해왕성의 핵은 철분, 니켈, 규산염으로 이루어져 있으며, 내부 모형에서는 지구 질량의 1.2배를 차지합니다. 해왕성 중심에서는 기압이 지구 표면 대기압의 백만 배인 7Mbar, 온도는 5,400K에 달합니다.
해왕성과 천왕성의 차이 중 하나는 기상 활동입니다. 보이저 2호가 1986년 천왕성을 스쳐 지나갔을 때 천왕성은 시각적으로 매우 고요해 보였습니다. 반대로 1989년 보이저 2호가 해왕성을 지나가면서 행성의 영상을 담았는데, 천왕성과는 달리 기상 현상이 발생하는 증거들을 포착할 수 있었습니다.
해왕성의 날씨 중 특이한 점이라면 엄청나게 빠른 태풍을 들 수 있습니다. 해왕성의 바람은 초속 600미터에 육박하는 속도로 몰아치는데, 이는 음속의 두 배에 가까운 빠르기 입니다. 그러나 해왕성의 대기 흐름은 보편적으로는 조금 더 느린데, 해왕성 대기에 항상 떠 있는 구름의 움직임을 분석한 결과 바람은 동쪽 방향으로 초속 20미터 수준에서 서쪽 방향으로 초속 325미터 정도까지 다양했습니다. 구름 상층부에는 적도 근처의 경우 초속 400미터, 양극 지대의 경우 초속 250미터의 바람이 넓은 영역에 걸쳐 불고 있습니다. 해왕성 대부분의 바람은 행성이 자전하는 방향과 반대로 움직입니다. 바람이 움직이는 보편적 방향은 고위도 지역에서는 자전과 같은 방향이나, 저위도 지역에서는 역방향입니다. 이처럼 바람 부는 방향이 반대로 나타나는 이유로 '피부 효과'를 들고 있으며, 대기 깊은 곳에서의 대기 과정 때문은 아닌 것으로 보입니다. 해왕성 남위 70도의 고속 제트는 초속 300미터 속도로 움직입니다.
대기중 메테인이 풍부하기 때문에 해왕성 적도의 에테인과 아세틸렌 함량은 극지방보다 10~100배 더 높습니다. 이는 적도에서 대기가 상승하고 반대로 극지역에서 하강하는 것의 결과로 해석됩니다.
2007년 해왕성의 남극 상층 대기가 다른 지역보다 섭씨 10도 더 따뜻한 것으로 밝혀졌습니다. 이와 같은 온도 차이 때문에 메테인 기체가 남극으로부터 우주로 탈출하게 됩니다. 이러한 상대적 '열점'은 해왕성의 자전축이 기울어져 있기 때문인데, 해왕성의 1년 중 마지막 4/4분기에 태양을 향해 남극이 기울어져 있기 때문입니다. 같은 이유로 남반부 대신 북반부가 태양을 향해 기울어지면서 메테인 방출 현상은 북반구로 그 자리를 옮기게 됩니다.
계절의 변화 때문에 해왕성 남반구의 구름 띠들은 그 규모 및 반사율이 늘어나느 모습이 관측되어 왔습니다. 이 추세는 1980년부터 시작되었으며 2020년까지는 계속 관측될 것으로 보입니다. 해왕성은 태양으로부터 매우 멀리 떨어져 있기 때문에 계절 하나의 길이가 40년은 됩니다.
1989년 미국 항공우주국의 보이저 2호 우주선이 해왕성에서 지름 13000x6600킬로미터 고기압성 폭풍 구조인 대흑점을 발견했습니다. 이 폭풍은 목성의 대적점과 닮았습니다. 그러나 5년 뒤인 1994년 11월 2일에 허블 우주망원경이 해왕성을 관측 했을 때는 대흑점이 보이지 않았습니다. 대신 대흑점과 비슷한 새 폭풍이 해왕성 북반구에서 발견되었습니다.
대흑점에서 훨씬 남쪽으로 내려간 곳에서는 흰색 구름 뭉치로 이루어진 다른 폭풍, 스쿠터가 있습니다. 스쿠터라는 이름은 보이저 2호가 이것을 발견했을 당시 대흑점보다 빠르게 움직였기 때문에 붙은 것입니다. 소흑점은 남반구의 저기압성 폭풍으로, 1989년 조우 당시 두 번째로 강력했던 폭풍입니다. 소흑점은 처음에는 시커먼 색깔이었지만, 보이저가 해왕성에 접근함에 따라 중심부분이 밝게 변했고, 대부분의 고해상도 사진에서 이 점을 확인 할 수 있습니다.
해왕성의 대류권 내에서 흑점 폭풍들은 밝은 구름들보다 낮은 고도에서 일어나는 것으로 보이며, 그 때문에 구름 상층부에 난 구멍처럼 보이는 것 같습니다. 몇 달 동안 형태가 유지되는 안정된 구조라는 점에서, 소용돌이 구조로 이루어진 것으로 추측됩니다. 흑점들이 대류권 계면층 근처에서 생성되는 밝은 잔류성 메테인 구름과 합쳐질 때도 있는데, 이렇게 만들어진 동반 구름의 존속은 전에는 흑점이었던 것이 검은색을 띠지 않는 사이클론의 형태로 변해 남아 있을 수 있다는 것을 시사합니다. 흑점들은 적도 쪽으로 너무 가까이 이동했거나 그 외의 다른 미지의 메커니즘에 의해 흩어져 없어지는 것 같습니다.
자! 이렇게 해왕성의 정의와, 내부구조 그리고 기후에 대해서 알아보았습니다. 역시 보이는 것처럼 차갑고 무서운 행성입니다. 해왕성을 끝으로 태양계 행성 포스팅이 끝나는데요. 다음시간에는 미리했어야했던 태양계에 대해서 포스팅을 준비하겠습니다. 태양계는 과연 어떻게 생겼을까요?
그럼 딱따구리의 지식연구소는 여기까지!
오늘도 좋은하루 보내세요!
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