천왕성과 해왕성

1. 천왕성은 누가 발견했을까?

 1. 독일 태생의 천문학자 윌리엄 허셜은 자신의 생애를 대부분 영국에서 보냈다. 어렸을 때부터 열정적인 천체 관측자였던 허셜이 1781년에 쌍둥이자리 방향에 원반 형태의 천체를 관측했을 때는 별들과 행성에 대한 기본적인 연구를 수행하던 중이었다. 처음에 허셜은 이 천체가 혜성이라고 생각했다. 그러나 시간이 지나면서 이 천체가 혜성과 같이 긴 궤도가 아닌, 행성과 같은 원형 궤도라는 것을 발견했다. 그는 이 새 행성의 이름을 영국 왕 조지 3세의 이름을 따서 조지라고 붙이기를 원했으나 그 이름은 오래가지 못했다. 결국 천문학자들은 이 행성에 천왕성이라는 이름을 붙였다. 로마 신화의 토성의 아버지 이름을 딴 것이다. 1787년에 허셜은 천왕성의 위성들 중에서 가장 큰 두 개의 위성을 발견했다.

 

2. 천왕성의 고리는 어떻게 생겼을까?

 천왕성의 처음 아홉 개의 고리는 1977년에 발견되었다. 보이저 2호가 1986년 천왕성 주변을 지나가면서 두 개의 고리를 더 발견하여 모두 11개의 고리가 발견되었다. 또한 일부 고리 조각들도 찾았다. 이들 모두는 작은 입자의 먼지, 암성 입자 그리고 얼음으로 구성되어 있다. 11개의 고리들은 행성의 주심에서 3만 8600~5만 1500 km 사이의 지역을 차지하고 있다. 각 고리는 1~2500km의 너비를 차지한다. 고리 조각의 존재는 고리의 나이가 행성의 나이보다 훨씬 젊다는 것을 말해준다. 고리는 부서진 위성에 의해 만들어졌을 가능성이 크다.

 가장 바깥쪽 고리는 엡실론 고리라고 불리는 데 특히 흥미롭다. 이 고리는 매우 좁으며 얼음 반석으로 이루어져 있다. 천왕성의 두 개의 작은 위성인 코델리아와 오필리아는 엡실론 고리의 양치기 위성 역할을 한다. 이들 고리와 함께 행성 주위를 돌며, 아마도 반석들을 고리의 패턴에 제한하는 중력장을 형성할 것이다.

 

해왕성은 어떻게 발견되었을까?

 해왕성은 먼저 그 존재가 수학적으로 예측되고 나서 발견된 첫 번째 행성이다. 1781년 윌리엄 허셜이 천왕성을 발견한 직후, 천문학자들은 천왕성의 궤도에서 특이한 점을 찾아냈는데, 마치 조금 떨어진 위치에서 큰 질량의 천체가 때때로 천왕성을 끌어당기는 듯했다. 독일의 수학자 카를 프리드리히 가우스는  이러한 행성들의 운동에 기초한 계산을 했는데 이 연구는 보다 멀리 떨어진 거리의 행성 발견으로 이어졌다. 1843년에 독학으로 공부한 천문학자 존 카우치 애덤스는 일련의 복잡한 계산을 시작하여 1845년에 계산을 끝낸 뒤 그러한 행성의 위치를 찾아냈다. 프랑스의 천문학자 르베리에 역시 1846년에 이 행성의 위치를 계산해냈다. 애덤스의 계산은 르베리에의 것과 일치했다. 그러나 이 두 학자는 서로의 연구에 대해 당시에는 알지 못했다. 1846년 9월 23일, 요한 갈레와 하인리히다레스트는 베를린에 있는 우라니아 천문대에서 르베리에의 계산을 토대로 행성을 발견했다. 이 결과는 두 사람 모두의 발견을 확증하는 것이었다.

 

2. 해왕성의 물리적 특성은 무엇인가?

neptune 해왕성 해왕성고리

 1. 해왕성은 우리 태양계의 여덟 번째 주요 행성이며, 지구와 비교했을 때 질량은 약 17배, 지름은 약 네 배 정도 더 크다. 해왕성은 우리 태양계의 네 개의 가스 행성 중 가장 먼 거리에 있는 행성으로, 태양을 한 바퀴 도는 데 165년이 걸린다. 그러나 해왕성의 하루는 16시간밖에 되지 않는다. 해왕성의 구름대기의 온도는 천왕성과 비슷하게 영하 210도 정도 된다.

 해왕성은 청록색을 띠고 있어, 로마 신화에 등장하는 바다의 신의 이름에 적합한 행성처럼 보인다. 하지만 색깔은 물로부터 오는 것이 아니라 해왕성의 대기 가스들이 태양 빛을 우주로 반사하는 데서 온다. 해왕성의 대기는 수소와 헬륨, 메탄으로 이루어져 있다. 과학자들은 이 대기 밑에 두꺼운 층의 이온화된 물과 암모니아 그리고 메탄 얼음이 있다고 생각하며, 더 깊은 곳에는 지구의 질량의 몇 배나 되는 암석 핵이 존재할 것으로 여기고 있다.

 해왕성은 매우 멀리 있기 때문에 1989년에 보이저 2호 우주선이 해왕성 주변을 지나며 이 신비스러운 가스 행성에 대한 경이로운 자료를 얻을 때까지 그다지 알려지지 않았다. 오늘날 우리는 해왕성이 적어도 네 개의 작은 고리와 11개의 위성을 갖고 있다는 것을 알고 있다.

 

2. 해왕성의 대기는 어떠한가?

 해왕성은 태양으로부터 먼 거리에 있음에도 불구하고, 대기는 놀라울 정도로 활동적이고 에너지가 넘친다. 이는 극도로 낮은 온도 환경에서 기대되는 조건이 아니다. 해왕성은 태양계에서 바람이 맹렬한 행성 중 하나인데, 풍속은 시속 1100km나 된다. 파란색 표면 구름층은 바람에 의해 휩쓸리게 되지만, 위층의 하얀 구름은 메탄 결정으로 구성되었을 것으로 보이는데 행성과 함께 회전하고 있다. 메탄 밑에는 보다 어두운 구름층이 있는데 황화수소로 이루어진 것으로 보인다. 해왕성을 접근 통과한 보이저 2호는 행성 대기에서 눈에 띄는 세 개의 폭풍을 발견했다. 이들은 대암점 (대략 지구의 크기)과 소암점 (대략 달의 크기) 그리고 작고 빠르게 움직이는 하얀색 폭풍인 스쿠터다. 스쿠터는 마치 다른 폭풍들을 쫓아가는 듯 보인다. 그러나 1994년에 허블 우주 망원경으로 관측한 결과, 대암점은 사라지고 없었다.

 

3. 해왕성의 고리는 어떠한가?

1989년에 해왕성을 지나간 보이저 2호는 그 주위에서 토성과 목성 그리고 천왕성의 고리보다 더 엷은 네 개의 고리를 발견했다. 고리들은 다양한 크기의 먼지 입자로 구성되었다. 가장 바깥쪽 고리의 입자들은 세 군데에 몰려 있어 상대적으로 밝았고, 고리 위의 다른 세 점에서는 굽은 조각을 형성하고 있었다. 이는 태양계의 여느 행성들의 고리와 다른 점인데, 이런 형상이 왜 일어나는지에 대해서는 지금까지 알려지지 않았다.