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해왕성에 대해서 알아보자!!

해왕성(海王星, 라틴어: Neptunus)은 태양계의 8개 행성 중 8번째 행성이다. 해왕(海王)은 ‘바다의 왕’이라는 한자어로, 포세이돈(그리스 신화명) 또는 넵투누스(로마 신화명)를 번역한 것이다. 해왕성은 8개 행성 중에서 직경으로는 4번째로 크고, 질량으로는 3번째로 크다. 해왕성의 질량은 지구의 17배로, 질량이 지구의 15배인 쌍둥이 행성 천왕성보다 약간 더 무겁다.[2] 해왕성과 태양의 평균 거리는 30.1 AU(지구와 태양 사이의 평균 거리, 45억 km)이며, 지구와 태양 사이 거리의 대략 30배에 해당한다. 천문 기호는 포세이돈의 트라이던트를 형상화한 이다.

해왕성은 맨눈으로 볼 수 없기 때문에 경험적 관측이 아닌 수학적 계산으로 발견된 태양계 행성 중 유일한 행성이다.[3] 천왕성의 궤도에 예기치 않은 변화가 있자 알레시 부봐르는 천왕성의 궤도가 발견되지 않은 행성의 중력 섭동에 영향을 받고 있다고 추론했다. 그 후 1840년대에 위르뱅 르베리에가 그 행성의 궤도를 예측했고, 1846년에 요한 고트프리트 갈레가 르베리에가 예측했던 위치 범위 안에서 해왕성을 관측했다. 얼마 뒤에 해왕성의 제1위성인 트리톤이 발견되었지만, 나머지 13개의 위성들은 19세기가 다 가도록 발견되지 못했다. 해왕성을 방문한 우주선은 1989년 8월 25일에 해왕성을 접근 통과한 보이저 2호 하나뿐이다.

해왕성의 구성 성분은 천왕성과 비슷하며, 목성이나 토성 같은 거대 가스 행성들과는 구분되는 성분상의 차이가 존재한다. 목성과 토성은 대기에 수소와 헬륨을 대량 포함하지만 해왕성의 대기는 극미량의 탄화수소와 질소를 포함하고 있으며, 암모니아메테인 등이 얼어붙은 얼음질이 높은 비율을 차지한다. 천문학자들은 이런 차이점을 강조하기 위해 천왕성과 해왕성을 거대 얼음 행성으로 따로 분류하기도 한다.[4] 해왕성의 내부 구조는 천왕성과 마찬가지로 얼음과 암석으로 이루어져 있는 것으로 추정된다.[5] 행성의 가장 바깥층에는 메테인이 미량 존재하여 행성이 밝고 맑은 푸른색 색깔을 띤다.[6]

표면상에 아무 특징도 없는 천왕성과 달리 해왕성의 대기에서는 역동적이며 관측 가능한 기상 현상이 측정되고 있다. 1989년, 보이저 2호의 해왕성 접근 통과 때 해왕성의 남반구에서 목성의 대적점에 필적하는 대암반이 발견된 것이 그 예들 중 하나이다. 이런 기상 현상들은 시속 2100 킬로미터 속도의, 태양계에서 가장 강력한 바람으로 유지된다.[7] 태양에서 엄청나게 멀리 떨어져 있기 때문에 해왕성의 바깥쪽 대기는 태양계에서 가장 추운 장소들 중 하나이며, 구름층의 꼭대기는 거의 −218 (55 K)에 달한다. 반면 행성 중심부의 온도는 대략 5000 ℃(5400 K)이다.[8][9] 해왕성에는 파편으로 이루어진 희미한 고리 구조가 있는데, 1960년대에 이에 대한 존재에 대해 논란이 있다가 1989년에 보이저 2호의 탐사를 통해 존재가 확인되었다.[10]

1.발견

갈릴레오 갈릴레이의 관측 그림에 따르면 그는 1612년 12월 28일과 1613년 1월 27일에 해왕성을 본 적이 있다. 하지만 갈릴레오는 목성 옆에 있던 해왕성을 붙박이별로 착각했으므로,[11] 해왕성을 행성으로서 발견한 사람은 아니다. 1612년 12월의 첫 관측 당시 해왕성은 막 역행 운동으로 돌아선 때였기 때문에 겉보기상으로는 움직이지 않았다. 해왕성이 역행 주기를 시작했을 때엔 움직임이 너무 미약해서 갈릴레오의 부실한 망원경으로는 감지하기에 무리였을 것이다.[12] 한편 멜버른 대학교의 천문학자 데이비드 제이미슨은 2009년 7월에, 갈릴레오가 자신이 발견한 별이 다른 붙박이별들과 달리 움직였다는 것을 알아차렸다는 새로운 증거가 발견되었다고 주장했다.[13]

1821년에 알레시 부봐르가 해왕성의 이웃 행성, 천왕성의 궤도에 대한 천문표를 출판했다.[14] 그런데 이후의 관측에서 천문표와 어긋나는 결과가 상당량 발견되었으며, 부봐르는 미지의 물체가 중력적 상호 작용을 통해 천왕성의 궤도에 섭동을 일으킨다는 가설을 세웠다.[15] 1843년에는 존 쿠치 애덤스가 천왕성의 운동에 영향을 미치는, 가상의 여덟 번째 행성의 궤도를 계산했다. 애덤스는 자신의 계산 결과를 왕실천문관 조지 에어리 경에게 보냈는데, 에어리는 애덤스에게 해명을 좀더 요구했다. 애덤스는 답신의 초고를 쓰기 시작했지만 보내지는 않았으며, 이후 천왕성 문제를 적극적으로 다루지 않았다.[16][17]

애덤스와는 별도로 1845년과 1846년에는 위르뱅 르베리에가 독자적으로 계산을 수행했지만, 역시 동료들에게서 큰 반응을 얻지 못했다. 그러나 6월이 되어 르베리에가 행성의 황경에 대한 계산을 출판했고, 그것을 본 에어리는 애덤스의 계산과 유사점을 발견했다. 에어리는 행성을 찾아보자고 케임브리지 천문대장 제임스 챌리스를 설득했다. 하지만 챌리스가 8월과 9월 내내 하늘을 훑고 다녔는데도 별 소득이 없었다.[15][18]

그 사이 르베리에는 서한으로 베를린 천문대의 천문학자 요한 고트프리트 갈레를 재촉했다. 당시 베를린 천문대 연구생이었던 하인리히 다레스트는 르베리에가 예측한 지점 근처를 그린 최근의 성도와 현재 하늘을 비교해서 붙박이별과 구별되는 행성의 시운동적 특징을 찾을 수 있다고 갈레에게 건의했다. 르베리에의 편지가 도착한 1846년 9월 23일 바로 그날 저녁, 해왕성은 르베리에가 예측한 지점에서 1° 어긋난 지점, 애덤스가 예측한 지점에서 12° 어긋난 지점에서 발견되었다. 이후 챌리스는 자기가 8월에 행성을 두 번이나 봤지만 무심결에 지나쳐 버렸었다는 사실을 뒤늦게 깨달았지만 자기 발견을 증명하는 데 실패했다.[15][19]

행성이 발견되자, 누가 먼저 발견했느냐, 누구에게 공로를 돌리느냐를 두고 프랑스와 영국 사이에 민족주의적 경쟁이 일어났다. 결국 르베리에와 애덤스 둘 다에게 공로가 있다는 국제적 총의가 형성되었다. 하지만 1998년에 미국의 천문학자 올린 에겐이 훔쳐 칠레로 도망갔던[주 1], 〈해왕성 문서〉(“Neptune papers”; 왕립 그리니치 천문대의 역사적 문서)가 재발견되면서 역사가들이 이 문제를 다시 다루게 된다.[20][21] 문서를 검토한 뒤, 일부 역사가들은 애덤스는 르베리에와 동등하게 대접받을 자격이 없다고 주장했다. 데니스 롤린스는 1966년부터 애덤스가 공동발견의 권리를 주장할 자격이 있는지에 대해 질문을 던져 왔다. 1992년, 저널 《디오》(Dio)에서 롤린스는 영국이 공로를 “훔쳐갔다”고 간주했다.[22] “애덤스가 계산을 좀 하긴 했지만, 그는 해왕성이 정확히 어디 있는지의 문제에는 확신이 없었다.”[주 2] 〈행성 도난 사건: 영국인들이 해왕성을 훔쳤다!〉논문을 쓴[23] 유니버시티 칼리지 런던의 니콜라스 콜러스트롬의 말이다.[24][25]

2.명명

해왕성이 발견되고 얼마 되지 않았을 때는 해왕성을 그냥 “천왕성 바깥 행성”이나 “르베리에의 행성”이라고 불렀다. 처음으로 이름을 제안한 사람은 갈레였는데, 그는 ‘야누스’(‘Janus’)라는 이름을 제안했다. 한편, 잉글랜드에서는 챌리스가 ‘오케아노스’(Oceanus)라는 이름을 제출했다.[26]

르베리에는 재빨리 자기 발견물을 자기가 명명할 권리를 내세우며 ‘넵튠’(Neptune)이라는 이름이 프랑스 경도국에서 인증받은 이름이라고 거짓 주장을 했다.[27] 그런데 10월이 되자 그는 행성을 자기 이름을 따서 ‘르베리에’(Le Verrier)라고 명명하려고 했으며, 천문대장 프랑수아 아라고의 지지까지 확보한 상태였다. 그러나 이 시도는 프랑스 외부에서 강한 반발에 부딪혔다.[28] 프랑스의 책력들은 급히 천왕성을 그 발견자 허셜 경의 이름을 따 ‘허셜’(Herschel)이라고 표기하기 시작했으며, 새로 발견된 행성도 덩달아 ‘르베리에’라고 표기했다.[29] 1846년 12월 29일에 스트루베가 상트 페테르부르크 과학 아카데미에서 ‘넵튠’을 지지한다고 밝혔고,[30] 곧 ‘넵튠’이라는 이름이 국제적으로 인정받게 되었다. 로마 신화에서 넵투누스는 바다의 신으로, 그리스 신화의 포세이돈에 대응되는 신이다.[31]

오늘날 대부분의 언어들은 이 행성을 ‘넵튠’이라고 부르고 있으며, 그리스-로마 문화와 직접적 관련이 없는 나라들도 ‘넵튠’이 변형된 이름을 사용한다. 예외는 한자 문화권으로, 일본어중국어한국어 세 언어는 바다의 신인 넵투누스의 역할을 의역하여 바다의 왕이라는 뜻에서 ‘해왕성’(海王星)이라고 부른다.[32]

3.현재

1840년대에 발견되고부터 1930년대까지 해왕성은 태양계 최외곽 행성이었다. 1930년에 명왕성이 발견됨으로써 해왕성은, 1979년부터 1999년까지 명왕성이 해왕성 궤도 안으로 들어오는 20년 주기를 제외하고, 뒤에서 두 번째 행성이 되었다.[33] 그러나, 1992년에 카이퍼 대가 발견되자 많은 천문학자들은 명왕성이 행성인지 카이퍼 대의 좀 큰 천체에 불과한지에 대해 논쟁을 벌이기 시작했다.[34][35] 2006년, 국제천문연맹은 마침내 “행성”이라는 말의 의미를 최초로 정의했으며, 명왕성은 “왜행성“으로 재분류되었다. 고로 해왕성은 다시 태양계 최외곽 행성이 되었다.[36]    

4.자기권

해왕성은 그 자기권도 천왕성과 비슷하다. 해왕성의 자기장은 자전축에 47° 기울어져 있으며, 반지름의 0.55배 지점에서부터 행성의 물리적 중심에서 약 13500 km 떨어진 곳까지 갈라져 나온다. 보이저 2호가 해왕성에 도착하기 전에는 천왕성의 기울어진 자기권이 옆으로 비스듬한 천왕성 고유의 자전 모양 때문이라는 가설도 세워졌었다. 그러나 두 행성의 자기장을 비교한 결과, 현재 과학자들은 자기장의 극단적인 방향이 행성 내부의 유동을 나타낸다고 생각하고 있다 . 이 장은 전기 전도성 액체(암모니아, 메테인, 물의 화합물로 추측)로 이루어진 얇은 구형 층 속에서 대류하는 유체의 움직임, 즉 다이너모 때문에 만들어지는 듯 하다.[45][50]

해왕성의 뱃머리 충격파는 해왕성의 반경 34.9배 지점에서 발생한다. 자기권이 태양풍을 상쇄하는 자기권계면은 행성의 반경 23 ~ 26.5배 지점에 있다. 자기권의 말단은 해왕성의 반지름의 최소 72배에까지 펼쳐져 있으며, 더 멀리까지 퍼져 있을 가능성이 높다.[51]

5.행성고리

해왕성에는 행성 고리 구조가 있는데, 토성의 고리보다는 훨씬 미약하다. 고리의 구성 성분은 규산염이나 탄화물이 낀 얼음 조각으로 보이며, 이 때문에 고리가 붉은 빛을 띠는 것 같다.[52] 해왕성 중심부에서 63000 km 위에 있는 좁은 애덤스 고리, 53000 km 위에 있는 르베리에 고리, 그리고 42000 km 위에 있는 넓고 희미한 갈레 고리가 주 고리다. 르베리에 고리 바깥쪽으로 퍼져 있는 희미한 영역은 러셀 고리라고 하며, 중심부에서 57000 km 위에 있는 아라고 고리가 러셀 고리의 바깥쪽 한계이다.[53]

이 고리 구조는 1968년에 에드워드 기넌 팀이 최초로 발견했으나,[54][55] 이후 고리가 불완전할 수 있다고 생각되었다.[56] 1984년 항성 엄폐 당시 해왕성이 항성을 가리자 별빛이 깜박거리는 현상이 목격되었고,[57] 이것은 고리에 간극이 있다는 증거로 떠올랐다.[58] 1989년에 보이저 2호가 촬영한 사진은 수 개의 희미한 고리 구조를 보여 줌으로써 이 문제는 해결되었다. 해왕성의 고리들은 매우 비정상적인 구조를 하고 있는데,[59] 그 이유는 아직 확실하게 밝혀지지는 않았지만 고리 주위에 있는 작은 위성들의 중력적 상호 작용 때문으로 추측된다.[60]

가장 바깥쪽에 있는 애덤스 고리에는 다섯 개의 뚜렷한 원호 구조가 보이는데, 각각 ‘커리지’(Courage; 용기), ‘리베흐테’(Liberté; 자유), ‘에갈리테 1·2’(Egalité; 평등), ‘프라테르니테’(Fraternité; 박애)라고 이름붙여졌다.[61] 이 원호 구조들의 존재는 설명하기 어렵다. 운동 법칙에 따르면 원호들은 매우 짧은 시간 안에 고르게 고리로 퍼져나갈 것으로 예측되기 때문이다. 현재 천문학자들은 고리 바로 안쪽에 위치한 위성 갈라테아의 중력적 효과에 의해 입자들이 현재의 위치에 가두어져 원호 구조가 생겼다고 생각하고 있다.[62][63]

2005년에는 지구에서 관측한 결과, 해왕성의 고리들이 이전까지 생각했던 것보다 더 불안정하다는 사실이 드러났다. W. M. 켁 천문대가 2002년과 2003년에 촬영한 사진들은, 보이저 2호가 촬영한 사진과 비교해 보았을 때, 고리에 상당량의 손실이 있었다는 것을 나타내고 있었다. 특히, 애덤스 고리의 리베흐테 원호는 한 세기 안에 사라질 것으로 보인다.[64]

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