천왕성

천왕성

천왕성(Uranus)은 태양계에 8개 행성 중 일곱 번째 행성이며, 세 번째로 반지름이 크고 네 번째로 질량이 큰 태양계의 행성이다. 영어 이름은 "우라노스(Uranus)"는 크로노스의 아버지이자 제우스의 할아버지인 그리스의 신 우라노스에서 따온 것이다. 이 행성은 기존의 다섯 행성들처럼 맨눈으로 볼 수 있음에도 불구하고 하늘에서 매우 느리게 움직이는 데다 매우 어둡기 때문에 그 존재가 오랫동안 인류에게 밝혀지지 않았다.

 

천왕성은 여러 다른 천문학자들에게 맨눈으로 관측되기도 하였으나, 그들은 모두 천왕성을 어두운 별이라고 생각하였다. 천왕성의 최초 발견자로 불리는 윌리엄 허셜도 천왕성을 아주 큰 망원경으로 보고 동그란 모양이라는 점 때문에 처음엔 꼬리가 발달하지 않은 혜성인 줄 알았다고 한다. 그는 1781년 3월 13일 천왕성의 발견을 공식적으로 발표했으며 근대 천문학사에서 최초로 다섯 행성 너머로 태양계의 지평을 넓히는 업적을 남겼다. 천왕성은 맨눈이 아닌 기술 망원경을 이용하여 발견한 최초의 행성이기도 하다.

 

 

1 물리적 특성

천왕성을 이루고 있는 물질은 해왕성과 완연하여 둘 보다 큰 가스 행성인 목성, 토성과는 그 조성물이 다르다. 이런 이유로 천문학자들은 종종 이들을 "얼음 거대행성"이라는 이름으로 구별한다. 천왕성의 대기는 목성이나 토성의 대기처럼 수소와 헬륨으로 이루어져 있으나, 물, 암모니아, 메테인, 소량의 탄화수소와 같은 휘발성 물질들이 더 많이 섞여 있다.

 

천왕성의 대기는 태양계 행성들 중 가장 차가운데 그 온도는 최소 49k(-224도)에 이른다. 천왕성이 해왕성보다 더 차가운 이유는 해왕성 내부에서 이유를 알 수 없는 열이 발생하기 때문이다. 천왕성 대기에는 복잡하게 층이 진 구름의 구조가 형성되어 있는데 고도가 낮은 층의 구름은 물로 이루어져 있고 그 위층의 구름들은 메테인의 결정일 것으로 추측된다. 천왕성의 내부를 구성하는 물질은 거대 가스 행성과는 달리 주로 얼음과 암석이다. 

 

다른 가스 행성들과 마찬가지로 천왕성은 고리, 자기장, 수많은 자연 위성을 지니고 있다. 천왕성계는 자전축이 약 98도 정도로 크게 기울어져 있어 거의 공정면과 맞닿을 정도이다. 다시 말하자면 천왕성의 북극 및 남극이 가리키는 방향은 다른 행성들의 적도가 가리키는 방향고 비슷하다. 지구에서 보았을 때 천왕성의 고리는 종종 과녁 모양처럼 천왕성 주위를 둥글게 두르고 있으며, 위성들은 천왕성을 시계방향으로 회전하는 것처럼 보인다.

 

다만 2006년부터 2007년에 걸쳐 천왕성 고리는 우리의 시선 방향과 평행하게 놓여 보이지 않았다. 1986년 보이저 2호가 천왕성을 스쳐 지나갔는데 이때 보이저가 가시광선 영역에서 바라본 천왕성은 다른 가스 행성들이 흔히 보여주는 구름띠나 태풍의 모습이라고는 찾을 수 없는 , 특징 없는 밋밋한 행성이었다.

 

그러나 지구 관측자들은 최근 수년에 걸쳐 천왕성이 분점에 접근하면서 날씨 변화 및 계절적 변화를 보이는 것을 관측했다. 천왕성에서의 바람 속도는 초당 250m이 이른다.

 

해왕성과 마찬가지로 언 메탄이 표면을 이루고 있는데, 해왕성과 달리 조금 더 초록색을 띠고 있다. 플램스티드 명명법에는 황소자리 34로 불린다. 플램스티드가 발견 당시에 천왕성을 항성으로 오인했기 때문이다. 표면 중력이 지구보다 작기 때문에 사람이 천왕성에서 몸무게를 재면 지구에서의 무게의 88%가 나간다(예로 지구에서 55kg인 사람은 천왕성에서 49.6kg이 된다)

 

 

2 천왕성 관측의 역사 

천왕성은 행성으로 인지되기 전에도 여러 번 발견된 적이 있으나 관측자들은 행성 자체가 어두워 이를 평범한 별로 잘못 생각해 왔다. 최초의 관측 기록은 1690년 존플램스티드의 것으로, 최소 여섯 번 천왕성을 관측했고 자신의 성표에 황소자리 34로 기록했다. 프랑스 천문학자 피에르 르모니에는 1750년~1769년 사이 천왕성을 최소 12번 관측했으며 여기에는 나흘 밤에 걸친 연속 관측이 포함되어 있다.

 

윌리엄 허셜 경은 1781년 3월 13일 지금은 허셜 천문학 박문관이 된 서머싯 소재 배스 타운 뉴 킹 스트리트 19에 있는 자기 집 정원에서 천왕성을 관측했으나, 처음에는 (1781년 4월 26일) 이를 혜성으로 보고했다. 허셜은 자신이 고안한 망원경을 사용하여 붙박이별들의 시차에 대한 일련의 관측에 몰두했다.

 

허셜은 자신의 논문에 천왕성을 "황소자리 제타 근처에 있는 성운 비슷한 별 혹은 혜성"이라고 표현했다. 3월 17일 허셜은 다음과 같이 기술했다. "나는 혜성 혹은 성운 비슷한 별을 찾았으며 이제 그 별이 위치를 바꿨다는 점에서 혜성임을 알았다" 그는 자신의 발견 사실을 왕립 학회에 제출할 때 자신이 혜성 하나를 발견했다고 계속 주장하면서도 이를 명시적으로 행성에 비유했다.

 

허셜은 이 발견을 왕실천문관 네빌 마스켈라인에게 알렸고, 4월 23일에 당황한 마스켈라인의 답신을 받았다. "나는 이걸 뭐라고 해야 할지 모르겠다. 혜성이 상당히 타원형의 궤도를 도는데 비해, 이 천체는 마치 행성과 같이 태양을 거의 원형의 궤도로 공전하고 있다. 코마나 꼬리 같은 것은 관측하지 못했다. 

 

허셜은 줄곧 자기가 혜성을 발견했다고 주장했지만, 다른 천문학자들은 이미 다른 경우를 생각하고 있었다. 러시아의 천문학자 앤더스 렉셀은 이 천체의 궤도를 최초로 계산하고, 거의 원형에 가까운 궤도를 보고 혜성보다는 행성에 가깝다고 결론 내렸다. 베를린의 요한 겔레르트 보데는 허셜의 발견에 대해 "지금까지 알려져 있지 않은, 토성 너머의 궤도를 공정하는 행성과 같은 천체로 간주할 수 있다". 보데 역시 이 천체를 혜성보다 행성과 더욱 비슷하다고 결론 내렸다.

 

 

3 천왕성의 대기 

천왕성 내부에는 고체 표면이 없는 것으로 생각되지만 천왕성의 기체 외피 가장 바깥쪽 부분에는 원격 탐사가 쉬운 부분이 있는데, 여기를 천왕성의 대기라고 부른다. 천왕성의 대기는 대략 300km 아래, 압력이 1 바(100 kpa)이고 온도는 320 켈빈인 곳까지 원격 탐사가 가능하다. 미약한 코로나는 1 바 압력의, 명목상의 "표면"에서 행성 반경의 두 배 이상 펼쳐져  있다.

 

천왕성의 대기는 3개의 층으로 나뉜다. 고도 -300 ~50 kmdp dkqfur 100 ~01 바인 대류권, 고도 50~4000km에 압력 0.1~10-10성 바인 성층권, 그리고 고도 4000km ~ 표면으로부터 50000 km 높이까지 펼쳐진 열 권과 코로나층이 그것이다. 중간권은 없다. 천왕성의 대기에는 수고가 약 83%, 헬륨이 15%, 메탄 2% 등이 포함되어 있으며, 반사율이 높은 암모니아와 황이 개기의 깊숙이 있을 것이다. 천왕성의 대기는 태양빛의 적색 파장을 흡수하고 청색과 녹색의 파장 상당량을 반사하기 때문에 전체적으로 청록색을 띤다 한편 천왕성의 대기 조성, 대류권, 대기 상층부에 대해서는 알려진 바가 없다.

 

행성 고리

천왕성은 희미한 행성 고리를 지니는데 직경 10미터까지의 어두운 미립자로 구성되었다. 이는 태양계에서 토성 다음으로 두 번째로 발견된 고리이다. 구분되는 13개의 고리들이 현재 알려져 있고 가장 밝은 고리는 엡실론 고리이다. 천왕성의 고리들은 오래되지 않았을 가능성이 있다. 이들의 투명도의 차이나 틈은 이들이 천왕성과 함께 형성되지 않았음을 시사한다. 고리를 이루는 물질은 고속 충돌이나 조석력으로 인해 부서진 위성이었을 수 있다

 

천왕성의 기후

자외선과 가시광선 파장에서 천왕성을 보면, 천왕성의 대기는 다른 거대 가스 행성들과는 달리 매우 고요하며, 쌍둥이격인 해왕성과도 큰 차이를 보이고 있다. 보이져 2호가 1986년에 해왕성을 접근 통과했을 당시, 보이저가 발견한 특이한 구름은 행성 전체에 10개뿐이었다. 이 특징이 없는 특징 은 천왕성의  내부열이 다른 가스 행성보다 현저히 낮기 때문이다. 천왕성의 대류권 계면에서 가장 낮은 온도는 49k로, 태양에서 가장 먼 행성인 해왕성보다도 오히려 온도가 낮아 태양계에서 가장 추운 행성으로 기록되고 있다 

 

천왕성은 핵이 수축하지 않아 대기가 매우 안정적이며, 바람이 거의 불지 않는다. 그러나 최근에 여러 구름과 바람이 부는 것이 망원경에 포착되어 관측의 대상이 되었다. 2004년 3월부터 그해 5월까지의 짧은 기간 동안, 천왕성의 대기에 커다란 구름들이 여럿 나타나 마치 해왕성과 같은 모습이 되었다. 관측결과 229 m/s라는 기록적인 속도의 바람과 "독립기념일 불꽃놀이"만큼 결렬하고 지속적인 뇌우가 발견되었다.

 

2006년 8월 23일에 우주과학 연구소와 위스콘신 대학교 소속의 연구진이 천왕성 표면의 검은 점을 관측했고, 천문학자들은 천왕성의 대기 활동에 대해 보다 많은 사실을 알게 되었다. 왜 천왕성의 대기 활동이 이렇게 갑자기 급증했는지는 확실히 알 수 없지만, 처노앙성의 극단적인 자전축 기울기가 계절별로 극단적인 날씨 변화를 만들어 내는 것으로 보인다. 천왕성 대기에 대한 믿을 만한 데이터가 축적되어 있지 못하기 때문에, 이 계절 변화의 종류를 단정하기는 어렵지만 여러 가지 연구가 진행 중이다. 

 

 

4 천왕성의 위성

천왕성의 위성은 현재까지 27개가 발견되었다. 중요한 5개의 위성으로는 미란다, 아리엘, 움브리엘, 티타니아, 오베론을 들 수 있다. 이 5대 위성들의 이름은 셰익스피어의 희곡과 알렉산더 포프의 시에 나오는 요정들의 이름을 따서 지어진 것이다.

 

천왕성의 위성계는 4개의 가스 거대 행성 중 가장 협소하며, 5대 위성의 총질량이 해왕성의 위성인 트리톤 하나의 절반에도 못 미친다. 하지만, 레아라는 토성의 두 번째 큰 위송보다 조금 크기 때문에, 티타니아는 태양계에서 여덟 번째로 큰 위성이다. 위성들의 대부분 상대적을 적은 알베도를 가지고 있으며, 움브리엘의 0.20부터 아리엘 0.35까지 분포한다. 달들은 50% 얼음 50% 석질로 대부분 이루어져 있으며, 얼음들은 암모니아와 이산화탄소 등으로 이루어져 있으로 추정된다.

 

이 위성들 중에 아리엘은 적은 충돌크레이터와 함께 가장 표면이 젊고, 움브리엘이 가장 늙은 표면을 가진 것으로 보인다. 미란다의 단층 협곡은 20km 정도로 깊으며, 표면 나이와 형질이 혼란스러울 정도로 다양한 위성이다. 미란다의 과거 지질적 활동성은 궤도가 지금보다 더 타원에 가까웠던 때의 조석열 때문으로 추정되며, 움브리엘과의 3:1 궤도 공명 구조에 의해 생긴 조석 연으로 추정된다. 비슷하게, 아리엘과 티타니아 역시 4:1 궤도 공명을 가지고 있는 것으로 추정된다.

 

지금까지 천왕성에 관한 정보를 설명드렸습니다 감사합니다^