해왕성

해왕성

해왕성(Neptunus)은 태양계의 8개 행성 중 여덟 번째 행성이다. 해왕은 "바다의 왕"이라는 한자어로, 포세이돈(그리스 신화명) 또는 넵투누스(로마 신화명)를 번역한 것이다 해왕성은 8개 행성 중에서 직경으로는 4번째로 크고 질량으로는 3번째 크다.

 

해왕성의 질량은 지구의 17배로, 질량의 지구의 15배인 쌍둥이 행성 천왕성보다 약간 더 무겁다. 해왕성과 태양의 평균 거리는 45억 1,300만 km이며, 지구와 태양 사이 거리의 대략 30배에 해당한다. 천문기호는 포세이돈의 트라이던트(삼지창)를 형상화했다.

 

해왕성은 맨눈으로는 볼 수 없기 때문에 경험적 관측이 아닌 수학적 계산으로 발견된 태양계 행성 중 유일한 행성이다. 천왕성의 궤도에 예기치 않은 변화가 있자 알레시 부봐르는 천왕성의 궤도가 발견되지 않는 행성의 중력 섭동에 영향을 받고 있다고 추론했다.

 

그 후 1840년대에 위르뱅 르베리에가 그 행성의 궤도를 예측했고, 1846년에 요한 고트프리트 갈레가 흐베리에가 예측했던 위치 범위 안에서 해왕성을 관측했다. 얼마 뒤에 해왕성의 제1위 성인 트리톤이 발견되었지만, 나머지 13개의 위성들은 19세기가 다 가도록 발견되지 못했다. 해왕성을 방문한 우주선은 1989년 8월 25일에 해왕성을 접근 통과한 보이저 2호 하나뿐이다.

 

 

1. 물리적 특징

 

해왕성의 구성 성분은 천왕성과 꽤 비슷하며, 목성이나 토성 같은 거대 가스 행성들은 구분되는 성분상의 차이가 존재한다. 목성과 토성은 대기에 수소와 헬륨을 대량 포함하지만 해왕성의 대기는 극미량의 탄화수소와 질소를 포함하고 있으며, 물, 암모니아, 메테인, 등이 얼어붙은 얼음질이 높은 비율을 차지한다.

 

천문학자들은 이런 차이점을 강조하기 위해 천왕성과 해왕성의 내부 구조는 천왕성과 마찬가지로 얼음과 암모석으로 이루어져 있는 것으로 추정된다. 행성의 가장 바깥층에는 메테인이 미량 존재하여 행성이 밝고 맑은 파란 색깔을 띤다.  표면상에 아무 특징도 없는 천왕성과 달리 해왕성의 대기에서는 역동적이며 관측이 가능한 기상현상이 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 2100km 속도의, 태양계에서 가장 강력한 바람으로 유지된다. 태양에서 엄청나게 멀리 떨어져 있기 때문에 해왕성의 바깥쪽 대기는 태양계에서 가장 추운 장소들 중 하나이며, 구름층의 꼭대기는 거의 -218도에 달한다 반면 행성 중심부의 온도는 대략 5000도이다 해왕성에는 파편으로 이루어진 희미한 고리 구조가 있는데, 1960년대에 고리의 존재에 대해 논란이 있었으나 1989년에 보이저 2호의 탐사를 통해 존재가 확인되었다.

 

해왕성의 질량은 1.0243 ×1026성 kg으로, 지구와 거대 기체 행성 사이의 중간 정도이다. 질량이 지구의 17배이지만 목성의 1/19에 불과하다. 해왕성의 적도 반지름은 24,764km로 지구의 거의 4배이다. 해왕성과 천왕성은 질량이 지구와 목성 중간 정도인 데다 물, 암모니아 등의 휘발성 물질이 내부 구성 물질 중 차지하는 비중이 높기 때문에, 목성이나 토성과 같은 거대 가스 행성과 구별하여 거대 얼음행성으로 부르기도 한다. 이런 이유에서 외계행성 탐사에 있어 목성과 비슷한 질량 또는 그 이상을 목성족으로 부르는 것처럼 질량이 해왕성과 비슷한 천체들을 해왕성족으로 부르고 있다.

 

 

2. 공정 궤도와 자전

 

해왕성과 태양의 평균 거리는 45억 5천만 km로 30.1천 문 단위이다. 해왕성이 태양을 1회 도는 데 걸리는 시간은 164.79년이다. 해왕성은 2011년 7월 12일이면 1846년 처음 발견되었던 그 자리로 되돌아오게 된다. 그러나 이때의 지구 하늘에서 해왕성 위치는 1846년의 그 자리는 아닌데, 그 이유는 당시의 지구 위치와 2011년 7월 12일의 지구 위치는 다르기 때문이다.

 

해왕성의 궤도경사각은 지구에 대해 1.77도 기울어져 있다. 해왕성의 궤도 이심률은 0.011로 태양에서 가장 가까울 때와 멀어질 때의 거리 차이는 1억 1백만 km로 거의 원에 가깝다.

해왕성의 자전축 기울기는 28.32도로 지구의 23도, 화성의 25도와 비슷하다. 그 결과 지구, 화성처럼 해왕성은 1회 공전주기에 걸쳐 계절의 변화가 나타난다.

 

그러나 해왕성의 공전 주기는 매우 길기 때문에 계절은 지구 시간으로 40년씩 지속된다. 해왕성의 자전 주기는 약 16.11시간이다. 자전축 기울기가 지구와 비슷하기 때문에 해왕성의 낮 길이는 해왕성의 1 공전 주기에 걸쳐 극심한 변화를 보이지는 않는다.

 

해왕성의 표면은 딱딱한 고체가 아니기 때문에 자전 속도는 해왕성의 위도에 따라 다르다. 적도 일대의 자전 주기는 18시간 정도로 이는 행성의 자기장 자전 주기 16.1시간보다 느리다. 반대로 양극 지대의 자전 주기는 12시간 정도로 매우 빠르다. 해왕성은 가스 행성들 중 적도와 극의 자전 속도 차이가 가장 많이 난다. 위도 방향으로 강력한 바람이 부는 원인이 된다.

 

 

3. 해왕성 연구의 역사 

 

갈릴레오 갈릴레이의 관측 그림에 따르면 그는 1612년 12월 28일과 1613년 1월 27일에 해왕성을 본 적이 있다. 하지만 갈릴레오는 목성 옆에 있던 해왕성을 붙박이별로 착각했으므로, 해왕성을 행성으로 발견한 사람은 아니다. 1612년 12월의 첫 관측 당시 해왕성은 막 역행 운동으로 돌아선 때였기 때문에 겉보기상으로는 움직이지 않았다.

 

해왕성이 역행주기를 시작했을 때엔 움직임이 너무 미약해서 갈릴레오의 부실함 망원경으로는 감지하기에 무리였을 것이다. 한편 멜버른 대학교의 천문학자 데이비드 제이미슨은 2009년 7월에, 갈릴레오가 자신이 발견한 별이 다른 붙박이별들과 달리 움직였다는 것을 알아차렸다는 새로운 증거가 발견되었다고 주장했다.

 

1821년에 알레 부봐르가 해왕성의 이웃 행성, 천왕성의 궤도에 대한 천문표를  출판했다. 그런데 이후의 관측에서 천문표와 어긋나는 결과가 상당량 발견되었으며, 부봐르는 미지의 물체가 중력적 상호 작용을 통해 천왕성의 궤도에 섭동을 일으킨다는 가설을 세웠다.

 

1843년에 존 쿠치 애덤스가 천왕성의 운동에 영향을 미치는, 가상의 여덟 번째 행성의 궤도를 계산했다 애덤스는 자신의 계산 결과를 왕실천문관조지 에어리 경에게 보냈는데, 에어리는 애덤스에게 해명을 더 요구했다. 애덤스는 답신의 초고를 쓰기 시작했지만 보내지는 않았으며, 이후 천왕성 문제를 적극적으로 다루지 않았다.

 

애덤스와 으 별도로 1845년과 1846년에는 위르뱅 르베리에가 독자적으로 계산을 수행했지만, 역시 동료들에게 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 체리스가 8월과 9월 내내 하늘을 훑고 다녔는데도 별 소득이 없었다.

 

그 사이 르베리에는 서한으로 베를린 천문대의 천문학자 요한 고트프리트갈레를 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 1도 어긋난 지점 애덤스가 예측한 지점에서 12도 어긋난 지점에서 발견되었다 후 챌리스는 자기가 8월에 행성을 두 번이나 봤지만 무심결에 지나쳐 버렸었다는 사실을 뒤늦게 깨달았지만 자기 발견을 증명하는 데 실패했다.

 

행성이 발견되자, 누가 먼저 발견했느냐, 누구에게 공로를 돌리느냐를 두고 프랑스와 영국 사이에 민족주의적 경쟁이 일어났다. 결국 르베리에와 애덤스 둘 다 에게 공로가 있다는 국제적 총의가 형성되었다. 하지만 1998년에 미국의 천문학자 올린 에겐이 훔쳐 칠레로 도망갔던 문서가 재발견되면서 역사가들이 이 문제를 다시 다루게 된다. 문서를 검토한 뒤 일부 역사가들은 애덤스는 르베리에와 동등하게 대접받을 자격이 없다고 주장했다.

 

데니스 롤린스는 1966년부터 애덤스가 공동발견의 권리를 주장할 자격이 있는지에 대한 질문을 던져 왔다. 1992년, 저널에서 롤린스는 영국이 공로를 "훔쳐갔다"라고 간주했다. 애덤스가 계산을 좀 하긴 했지만, 그는 해왕성이 정확히 어디 있는지의 문제에는 확신이 없었다. 

 

 

해왕성의 위성

 

해왕성의 위성들은 지금까지 14개가 발견되었다. 제1위성 트리톤은 14개 위성들 중 압도적으로 크고 무거워, 해왕성 주위를 공전하는 천체들의 질량 중 99.5% 이상을 차지하며, 회전구면체 형태를 유지할 수 있을 만큼 질량이 큰 유일한 해왕성 위성이다.

 

트리톤은 해왕성이 발견되고 불과 17일 뒤에 윌리엄 러셀이 발견했다. 태양계의 다른 거대 위성들과 달리 트리톤은 역행궤도를 따라 공전하는데, 이것은 트리톤이 해왕성과 함께 생성된 것이 아니라 해왕성의 중력에 포획되었다는 것을 뜻한다. 트리톤은 아마 카이퍼대의 외행성이었을 것이다. 또한 트리톤은 동주기 자전을 할 정도로 해왕성에 가까이 있는데, 조수 가속 때문에 천천히 나선형을  그리며 가라 않고 있다. 3억 6천만 년 뒤쯤이면 로슈 한계에 다다른 트리토은 결구 갈기갈기 찢어지고 말 것이다. 트리튼은 지금 까지 온도가 측정도 된 태양계 천체 중 가장 차가운 천체 중 하나이다

 

두 번째로 발견된 해왕성 위성은 불규칙하게 생긴 네레이드로, 태양계의 위성들 중 궤도의 이심률이 가장 큰 천체 중 하나이다. 이심률이 0.7512 정도로, 해왕성으로부터 너 레이드의 궤도 최원점까지의 거리는 네레이드의 근점까지의 거리의 7배나 된다. 

 

1989년 7월부터 9월까지 보이저 2호는 해왕성의 위성을 6개 더 발견했다. 이 중 질량이 두 번째로 큰 프로테우스는 태양계의 불규칙 위성들 중에서 질량이 가장 커, 자체 질량으로 구형을 유지할 수 있는 한계의 바로 아래에 있는 것으로 보인다. 프로테우스가 해왕성의 위성들 중에서 질량이 둘째 간다고는 하지만 그 질량은 트리톤의 겨우 4분의 1밖에 되지 않는데 해왕성에 가장 가까이 있는 네 위성 나이아드, 탈라사, 데스피아, 갈리테이는 해왕성의 고리에 거의 근접할 정도로 가까이서 해왕성을 공전한다.

 

이 네 위성의 바깥쪽에 있는 라리사는 1981년에 별을 엄폐하며 발견되었다. 이 엄폐 현상은 해왕성 고리의 아크구조 때문으로 생각되었지만, 보이저 2호가 1989년에 해왕성을 탐사한 결과, 위성 때문에 일어난 현상으로 밝혀졌다. 2002년~2003년 동안 5개의 불규칙 위성이 더 발견되어 2004년에 발표되었다. 해왕성의 이름이 로마 신화의 해양신 넵튠투스에서 유래했기 때문에, 해왕성의 위성들의 이름은 하위 해신들의 이름을 따서 명명되었다. 

 

지금까지 해왕성에 관한 정보들이었습니다 다음에 또 더 나은 정보로 찾아뵙겠습니다 감사합니다^^