수성이 궁금해요??

우주선이 찍은 수성 사진

수성(라틴어:Mercurius)은 태양에서 평균 5,800만 km 떨어져 태양계의 행성 중 가장 가까운 궤도를 도는 행성이다. 반지름은 2,440km, 둘레 43,924km로 가장 작은 내행성이기도 하다. 공전 주기는 88일, 자전주기는 58일이며, 밀도는 5,427g/cm3이다. 핵은 수성 전체 반지름 70% 이상을 차지하고 철은 주성분으로 할 것으로 추정된다. 규산염으로 구성된 맨틀이 그 바깥을 차지한다.

표면은 달과 비슷하게 충돌구가 많으며, 행성이 식으면서 수출할 때 형성된 거대한 절벽이 존재한다. 나트륨, 칼륨, 등으로 구성된 대기가 있지만, 기압은 지구의 1조 분의 1로 매우 희박하다. 또한, 약한 자기장도 존재하는 것으로 확인되었다. 행성 중 태양에 가장 가깝기 때문에 강력한 중력의 영향을 많이 받아 매년 조금씩 궤도가 움직인다. 

수성의 역사 

태양이 생겨나고 남은 가스 구름 및 먼지로 이루어진 원반 모양의 "태양 성운"에서 여러 행성이 생성되었다고 여겨진다. 현재 인정받는 행성 생성 이론은 강착이론이다. 이 이론에 따르면 행성들은 중심부의 원시별 주위를 도는 먼지 알갱이들이 뭉치면서 생겨났다. 이알갱이들은 직접 서로 충돌하면서 지름이 1~10km에 이르는 전체, 곡 미행성으로 자라났다. 이 미행성은 작은 천체를 빨아들이면서 수백만 년에 걸쳐 매년 15km 정도씩 지름을 커졌다.

태양과 가까운 지역은 온도가 높아서 물이나 메테인과 같은 휘발성 분자들이 압축될 수 없었기 때문에, 여기서 생겨난 미행성들은 금속류(철, 니켈, 알루미늄) 및 규산엽 암석 등과 같이 녹는점이 높은 물질로만 이루어지게 되었다. 이런 암석 전체는 종국적으로 수성과 함께 금성, 지구, 화성과 같은 지구형 행성이 되었다. 지구형 행성을 이루는 물질은 우주에서 매우 희귀한 존재이기 때문에(성운 질량 0.6퍼센트에 불과하다.) 지구형 행성은 크게 자라날 수가 없었다. 아기 암성 행성은 현 지구 질량 약 10퍼센트 수준까지 자랐고, 태양 생성 후 약 10만 년 동안 물질을 끌어모으는 것을 멈췄다. 이후 이들은 충돌하고 뭉쳐지는 과정을 다시 시작했는데, 이 충돌 과정은 약 1억 년 동안 지속되었다. 이들 원시 행성은 서로 중력으로 영향을 미쳤을 것으로 보이며, 각자의 공전 궤도를 끌어당기면서 서로 충돌했고 지금의 크기로 자라나게 된다. 이 충돌 과정 중 수성을 강타한 충돌은 수성의 외포층을 날려 보냈다. 지금으로부터 40억 년 전(태양계가 생겨나고 5~6억 년 뒤) 후기 대폭격이 있었는데 수성 표면에 있는 많은 충돌구(운석 구덩이, 크레이터)는 이때 생겼다.

수성의 구조

수성은 지구형 행성 중 하나로, 표면은 암석으로 이루어져 있다. 수성은 태양계 행성들 중 가장 반지름이 작은 행성으로 , 구체적인 크기는 2439.7 km이다. 특히, 태양계 내 위성중, 가니메데나 타이탄은 수성보다 반지름이 크기( 그러나 수성은 이들보다는 더 무겁다). 수성은 질량의 70 %는 금속, 나머지 30%는 규산염 물질로 이루어져 있다. 수성은 밀도는 지구의 5.515 g/cm3 다음으로 큰 5.427 g/cm3이다. 그러나 지그는 자체 중력의 영향으로 내부 물질이 더 조밀하게 뭉쳐 있기 때문에, 압축되지 않는 조건에서 비교할 경우 수성의 밀도는 5.3 g/cm3으로 지구의 4.4 g/cm3보다 크다. 이를 통해 실질적으로 수성이 태양계 행성들 중 가장 밀도가 큰 천체임을 알 수 있다.

수성의 밀도를 알아내서 내부 구조를 추측할 수 있다. 지구의 밀도는 수치상으로 크지만 사실 자체 중력으로 인해 내부가 압축된 상태임에 반해, 수성은 부피가 지구보다 훨씬 더 작고 내부 또한 그리 압축되어 있지 않다. 이 같은 수성의 큰 밀도는 내부 핵 크기가 크고, 핵에 포함된 철 함량이 풍부하다는 것을 의미한다. 지질학자들은 수성의 핵 부피가 전체 대비 42% 일 것이라고 추측하며, 특히, 최근 연구로 수성의 핵이 용융 상태라는 것이 밝혀졌다.

중심핵 바깥쪽에는 두께가 600km인 맨틀이 존재하는데, 과학자들은 수성이 생성된 뒤 얼마나 지나지 않아 수 백 km에 이르는 천체가 수성을 강타하여, 원래 존재했던 맨틀 상당량을 날려 보내고 지금의 얇은 맨틀층만 남겼을 것이라고 추측하고 있다. 만약 미지의 천체가 수성을 강타한 게 사실이라면, 강타 전 수성의 맨틀 두께는 훨씬 두꺼웠을 것이다.

매리너 10호 자료와 지구상에서 관측하여 수성의 지각 두께는 약 100 ~300 km 인 것이 밣혀졌다. 수성 표면에는 수많은 좁은 계곡들이 존재하는데, 이들 중 일부는 수 백 km 길이로 펼쳐져 있다. 이들은 지각이 식었을 때 수성의 핵과 맨틀이 수축하면서 생겨난 것으로 보인다. 수성 핵에는 다른 태양계 행성보다 많은 철로 이루어져 있다는 이론 여러 종류가 제시되었다. 그중 널리 인정되는 이론 3 가지가 있다.

첫 번째 이론은, 원래 수성 질량은 지금보다 2.25 배 켰으며, 다른 암석 문질과 함께 콘드라이트 운석과 비슷한 규산염 및 철질 구조로 이루어져 있었는데, 태양계 형성 초기 시적, 질량의 6분의 1에 달하는 거대한 미행성과 충돌하여 원시 수성의 지각과 맨틀 상당량이 우주로 날아갔고 상대적으로 무거운 물질만 남아서 지금 같은 형태를 이루게 되었다는 이론이다 두 번째 이론은, 원시 태양이 내뿜었던 열기로 인해 수성 표면이 증발했다는 이론이다. 수성은 태양의 복사 에너지 방출량이 안정되기 전 태양 성운에서 형성되었고, 현재 질량 두 배 정도 크기였지만, 원시 태양이 수축하면서 수성 근처 온도는 2.500~3500k까지 상승하여 그 높은 온도 때문에 수성 표면의 대부분이 암성 증기 형태로 변해 항성풍에 실려 날아갔다는 이론이다. 세 번째 이론은, 태양 성운에서 수성이 생겨나면서 강착 단계에 접어들면서 가벼운 입자들은 끌어당겼다는 이론이다. 위 세 이론은 현재 수성 표면 조성을 각자 다른 상태로 가정하고 있지만, 앞으로 수성 관측을 담당하게 될 메신저와 베피콜롬보 미션은 세 이론 중 어느 것이 옮은 지를 검증하는 기회를 제공할 것이다.

수성의 표면 지질학

전체적으로 수성 표면은 달에 있는 바다와 유사한 평원과, 수십억 년 동안 활동하지 않는 큰 충돌구가 있다. 지금까지 알려진 수성 지질에 관한 정보는 매리너 10호와 지상에서 관측하여 알려진 것이다. 특히 메신저의 탐사로 정로량이 더 증가했다. 한 예로 그릇 형태로 된 퍼진 충돌구가 발견되었는데, 곽학자들은 이를 "거미"라고 부른다. 수성 표면은 울퉁불퉁하기 때문에 지역마다 알베도가 다르다. 특히, 수성은 링클 리지외에도, 고원, 산, 평원, 절벽, 계곡 등 여러 지형이 존재한다. 46억 년 전부터 38억 년 전까지, 수성 표면에 혜성과 소행성이 충돌하는 기간이 있었는데, 이 기간을 후기 대폭격기라고 한다. 이 기간 동안에는 수성은 전체적으로 폭격을 받아 충돌구가 급격히 늘어났다. 이는 지그와 달리 수성은 대기가 희박하기 때문에, 충돌체의 속도가 감소하지 않았기 때문이다. 또, 이 시기에는 화산 활동도 활발했다. 2008년 10월, 메신저에서 전송된 수성 표면에 관한 자료는 연구자들에게 큰 도움을 주었다. 이 자료로 수성 표면은 화성이나 달 표면보다 더 이질적이라는 것이 밝혀졌다

수성의 충돌구는 작은 그릇 형태 구멍부터 수 천 km에 달하는 충돌 분지까지 매우 다양하다. 또한, 생성되지 얼마 되지 ㅇ낳은 충돌구에서부터 이미 크게 풍화된 충돌구에 이르기까지 각 상태도 다양하다. 수성과 달의 충돌구는 서로 미묘하게 다른데, 달 충돌구는 수성보다 분출물이 적다는 점이다. 이런 점에서 수성 표면 중력은 달보다 강하다는 것을 짐작할 수 있다. 수성 표면에서 가장 큰 충돌구는 직경 1,550km 되는 칼로리스 분지이다. 칼로리스 분지에 가해진 충격은 매우 강해서 용암이 분출하고 높이 2km인 동심원 형태 고리가 충돌구를 둘러싼 형태로 퍼져나갔다. 또, 분지 반대편에는 "기묘한 지역"이라 불리는 언덕 형태의 독특한 지형이 있다. 이 지형에 대한 2 가지 가설이 있다. 분지에서 일어난 충돌로 인한 충격파가 "기묘한 지역" 부근을 쓸고 지나간 결과, 표면에 강한 힘이 가해져 생성되었다는 설과 충골로 인한 분출물이 그곳으로만 집중되어 생성됐다는 설이 있다. 수성의 부분 사진에서 충돌 분지 15개 확인되었다. 주목할 분지는 폭 400 km  톨스토이분지이다. 베토벤 분지는 분출물 덮개와 비슷한 크기이며, 폭은 625km이다. 특히, 수성의 표면은 태양풍과 미세 유성우로 인한 우주 풍화가 일어날 수 있는 환경이다. 

지질학적 관점에서 보았을 때, 수성에는 평원 2개가 존재한다. 충돌구 중간중간에 있는 완만한 경사, 구릉 형태로 된 평원은 수성에서 볼 수 있는 가장 오래된 지형이다. 이런 평원은 먼저 있었던 충돌구가 사라졌을 때 형성된다. 이는 직경 30 km이하인 충돌구는 소수라는 증거가 된다. 그러나, 화산 활동으로 평원이 형성됐는지 혹은 충돌로 평원이 형성됐는지 명확하지는 ㅇ낳다. 하지만 확실한 것은 평원은 행성 전체에 걸쳐서 균인하게 분포한다는 점이다. "매끄러운 평지"는 다양한 크기의 함 몰지가 존재하며, 달의 바다와 많은 유사성을 띠는 곳이다. 특히, 주목할 만한 점은 칼로리스 분지를 둘러싸고 있는 넓은 고리이다. 달의 바다와 달리, 수성의 "매끄러운 평지"는 모두 알베도가 같다. 이 점은 화산 활동 흔적은 많지 않아도 화산 활동이 활발하게 이루어졌다는 사실을 강하게 뒷받침한다. 수성의 "매끄러운 평지"는 칼로리스 분지가 형성된 후에 형성됐다. 이 사시르은 칼로리스 분출물 덮개의 밀도보다 낮은 충돌구가 증거가 된다. 평지에 덮인 칼로리스 분지의 층은 지질학적으로 보았을 때 산맥 형태와 다각형 형태로 균열이 갔다. 그러나 이 역시 충돌로 용암이 분출한 것인지, 충돌로 녹은 것인지는 확실하지 않다. 행성 표면의 독특한 지형  아누데 한나는  수많은 압축된 층 또는 절벽이다. 행성 내부가 냉각되고, 표면은 수축하면서, 이런 지형이 만들어진 것이 추측된다. 이런 층은 다른 지형 최상부에서도 불 수 있다 수성의 표면은 조석 융기로 인하여 구부러졌다.

수성표면과 대기권

수성 평균 온도는 452.5k이다 그러나 일반적인 기온은 100k~700k로 극단적이다. 이는 대기가 거의 존재하지 않고 적도와 극의 온다 차가 크기 때문이다. 수성의 태양 직하점의 온도는 원일점에 있을 때는 550k이며, 근일점에 있을 때는 700k까지 상승한다. 반면, 밤인 쪽 평균 온도는 110k이다 수성 표면에서 태양빛의 세기는 태양 상수가 지구의 태양 사수보다 4.59~10.61배 크기 때문에 매우 강하다

이렇게 표면 온도가 높지만 수성을 관측하면 얼음이 존재한다는 것을 알 수 있다. 왜냐하면 극의 깊숙한 곳에 있는 분화구는 직접적으로 태양 빛을 받지 않아 온도가 102k 아래로 내려가기 때문이다. 얼음은 레이더를 잘 반사시키는 특징이 있다. 1990년대 초반, 과학자들은 골드스톤 복합 단지의 70m 망원경과 VLA을 이용하여 극 근처를 관측하다가 높은 알베도를 갖는 곳을 발견했다. 얼음은 알베도가 높은 지역에서 존재하는 것이 이상하지 않지만, 천문학자들은 위의 사실을 대부분 그럴듯하다고 수긍한다. 얼음으로 덮인 지역은 많은 얼음이 있을 것으로 추정되며 표토층으로 덮여 있을 것이라고 추측된다. 비교해 보면 지구의 남극  화성 남극관에도 많은 얼음이 존재한다 얼음의 기원은 아직 밝혀지지 않았지만, 두 가지 설이 유력하게 제기되고 있다. 하나는 행성 내부의 물이 기화했다는 설이고, 다른 하나는 혜성과 충돌하여 얼음이 퇴적되었다는 설이다. 

수성은 대기를 오랜 시간 동안 잡아 두기에는 자체 중력이 너무 작다. 수성의 외기권은 수소, 헬륨, 산소, 나트륨, 칼슘, 칼륨과 여러 미량 원소를 포함하고 있다. 또, 수성의 외기권은 불안정하며 끊임없이 소멸하고 다시 생성된다. 수소와 헬륨 원자는 태양풍에서 온 것으로 추측되는데, 다시 우주로 탈출하기 전에 수성의 자기장으로 흩어진다. 메신저는 많은 비율의 칼슘, 헬륨, 하이드록시기, 마그네슘, 산소, 칼륨, 실리콘, 나트륨을 발견했다. 지금 존재하는 수증기는 혜성과 충돌한 것을 비롯한 여러 가지 현상이 복합적으로 작용하여 생성된 것이다. 특히, 많은 양의 물과 관련된 이온 이 발견된 것은 놀라운 일이었다. 왜냐하면, 과학자들이 이런 종류의 이온은 수성의 우주 환경에 서는 태양풍에 의해 날아간다고 추측했기 때문이다. 1980~1990년대, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 이 수성 대기 속에서 발견됐다. 이발견으로 여러 원소는 미소 유성우와 수성 표면의 암석이 충돌하여 증발했기 깨문인 것으로 굳어졌다. 2008년, 메신저가 마그네슘을 발견했다. 다른 연구에서는 나트륨 바울이 이루어지는 장소가 행성의 자기 극과 일치한다는 결과가 나왔다. 이는 자기권과 행성 표면 사이의 상호 작용이 있음을 내비친다.

신화로 보는 수성 

수성은 수메르인 시대(기원전 3000년)부터 알려졌다. 옛 기록에서는 수성이 바빌로니아인에 의해 관측되었으며 고대 그리스인은 수성을 헤르메스에 대응시켰다. 이것은 가장 안쪽에 있는 행성으로 운행이 빠르기 때문에 발이 빠른 신의 이름을 붙인 것이다. 헤르메스는 고대 로마에서 메르쿠리우스와 동일시되어 영어로 머큐리(Mercury)가 되었다.