안녕하세요.
오늘은 해왕성에 대해서 자세히 알아볼께요.
해왕성은 태양계의 외곽에 가장 멀리 위치한 가스상 행성입니다. 지름이 약 49,500 km이고 천왕성과 유사한 크기를 가진 행성입니다. 그리고 대흑점이라는 소용돌이가 형성되어 있습니다.
해왕성의 대기
해왕성의 대기는 다른 가스 행성들과 유사하게 주로 수소와 헬륨으로 이루어져 있습니다. 그러나 메탄, 암모니아, 에틸렌 등 다른 화학 물질도 존재합니다. 이러한 대기 화학성분들이 광선을 흡수하면서 해왕성 주위의 공간에서 특별한 색감을 띤 형태로 나타나기도 합니다.
1)수소와 헬륨: 해왕성의 대기 중 수소와 헬륨은 각각 80% 이상과 19% 정도를 차지합니다. 이들은 모두 원소이며 각각 원소기호 H와 He로 나타납니다.
2)다른 화학물질: 해왕성 대기에서 찾을 수 있는 다른 주요 화학 물질로는 메탄, 에틸렌, 암모니아, 수산화탄소, 이온화질소, 시안화수소 등이 있습니다. 이러한 화학 물질들은 시간이 지남에 따라 반응이 일어나면서 새로운 화합물을 생성하게 됩니다.
3)기상 현상: 해왕성의 대기는 다양한 기상 현상을 보입니다. 가장 두드러진 것은 대형 바람 나선운으로 붉은색 스포트와 같이 관측됩니다. 이 밖에도 대규모 압축, 수증기 구름, 빙산 등 다양한 현상이 존재합니다.
4)자외선 흡수: 해왕성 대기의 메탄 분자들은 자외선을 흡수하면서 녹색과 파란색 광선만을 반사합니다. 이 결과로 이 행성의 외관은 아름다운 청록색과 녹색으로 관측됩니다.
5)천체 간 상호작용: 해왕성 대기는 태양계 내 다른 천체와의 상호작용으로 열과 물질을 교환하게 됩니다. 이는 이 행성에 대한 더 나은 이해를 위한 연구에 중요한 정보를 제공합니다.
해왕성의 구조
해왕성의 구조는 크게 가스층과 코어로 나뉘어집니다. 이들은 서로 밀접하게 연결되어 있습니다.
1)가스층: 해왕성 행성의 내부를 채우고 있는 가스 층은 주로 수소와 헬륨으로 이루어져 있습니다. 이들이 폭발적인 반응을 일으키면서 해왕성 내부에서 열이 발생하는 것으로 추정됩니다.
2)코어: 해왕성의 코어는 암석과 얼음으로 이루어져 있으면서 지구의 지하 심층과 비슷한 밀도를 보입니다. 물질의 제일 중심부에 위치하며 질량의 대부분을 차지하고 있습니다. 이러한 적층 구조는 해왕성 만들어진 초기 조건과 겹치는 바가 있습니다. 해왕성의 코어는 얼음으로 이루어져 있습니다. 이 얼음 내에서는 암석성 물질도 함께 발견됩니다. 얼음 층은 해왕성의 무게 중심 지점에서 출력되어 바깥쪽 가스 층을 둘러싸고 있습니다.
3)흐름: 해왕성의 마찰력이 적은 환경에서 가스 층은 코어를 중심으로 회전합니다. 이러한 흐름은 해왕성이 불균일하게 회전하는 현상을 일으킵니다.
4)자기장: 해왕성을 포함한 태양계 모든 행성은 자체적인 자기장을 가지고 있습니다. 이는 행성 내부에 자기체가 존재하거나 이동하는 전하가 존재하는 결과입니다. 해왕성의 자기장은 태양계 내 다른 행성들과는 다소 다릅니다. 해왕성의 자기장은 매우 비정형적으로 생성되기 때문입니다.
해왕성의 위성
해왕성에는 약 14개의 위성이 알려져 있습니다.
1)트리톤: 트리톤은 해왕성의 가장 큰 위성으로 지름이 약 2,700 km입니다. 트리톤은 해왕성을 공전하면서 역전식을 일으키는 것으로 알려져 있습니다. 또한 트리톤의 표면은 겨울철에는 극지방이 된다는 화공 용어인 ‘sublimation’이 일어나기 때문에 태양계 내에서 가장 차가운 곳 중 하나입니다.
(sublimation: 물질이 고체에서 액체나 기체로 변화하지 않고 고체 상태에서 즉시 기체 상태로 넘어가는 현상을 말합니다. 이것은 증발과 반대 개념으로 캐리어 상태로 즉시 전환됩니다. 해왕성의 sublimation은 트리톤의 얼음에서 발생합니다. 겨울철에는 트리톤의 극 지방의 표면 온도가 -235℃에 이르며 이 온도는 태양계에서 가장 차가운 곳입니다. 이러한 극한 환경에서 얼음은 표면에서 즉시 기체 상태로 전환됩니다. sublimation이 일어나는 결과 트리톤 주위에는 약 10km 정도의 대규모 복잡한 구조물인 "필레이드"가 형성됩니다. 여기에 더해 트리톤은 해왕성을 공전하면서 우주의 먼지나 이온화된 입자들로 형성된 대기를 저항하면서 이 대기로부터 전하를 받아들입니다. 이때 이러한 전하와 더불어 큰 양의 에너지가 전달됨으로써 트리톤의 얼음은 sublimation하면서 수소 원자와 함께 프라즈마 상태의 입자나 이온으로서 공간을 채우게 됩니다. 이와 같이 해왕성 sublimation은 하나의 재료 상태에서 다른 상태로 전환할 때 건너뛰는 현상을 말합니다.)
2)네레이드: 방사능 붕괴로 열을 발생시키며 해왕성 주위의 가장 먼 위치를 공전하는 네레이드는 이 행성의 가장 작은 위성 중 하나입니다. 네레이드(Nereid)는 해왕성에서 가장 먼 위치를 도는 위성 중 하나입니다. 지름이 약 340km 정도이며 이심률이 큰 타원형 궤도를 따라 해왕성 주위를 공전합니다. 이 위성은 보이저 2호 탐사선이 해왕성을 방문한 1989년에 발견되었으며 그 이전에는 적은 관측량으로부터만 그 정보가 알려져 있었습니다. 네레이드는 이심률이 큰 타원형 궤도를 따라 공전하면서 수십년 주기로 궤도가 변형된다는 것이 알려져 있습니다. 이러한 이유로 네레이드는 불규칙한 별광 현상을 가지고 있는 등 타 발견위성들과는 크게 다른 속성을 보여줍니다. 해왕성의 미스테리(Mystère)나 트리튼(Triton)과는 달리 네레이드는 그 표면적을 관측하기 어렵습니다.
3)라리사: 라리사(Larissa)는 지름이 약 196km인 작은 위성 중 하나입니다. 1981년에 발견되었으며 이름은 그리스 신화에서 엘리시온(Elysium)의 딸인 라리스(Larissa)에서 따왔습니다. 라리사는 해왕성의 내장 위성 중 하나로 주위를 도는 궤도는 거의 원형에 가깝습니다. 이 위성의 표면은 큰 분화구나 크레이터 등은 거의 없이 부드러운 지형으로 이루어져 있습니다. 라리사는 그동안 관측된 내장 위성 중에서 가장 가까운 거리에서 관측되었습니다. 작은 크기에도 불구하고 이 위성은 규칙적인 형태의 궤도를 따르며 수명이 긴 화성의 데스소스와 비슷한 일생을 보입니다.
4)네시다: 네시다(Nereid)는 지름이 약 340km로 해왕성의 가장 큰 위성 중 하나입니다. 이 위성은 1949년에 발견되었으며 네시다는 해왕성의 중심에서 가장 멀리 떨어진 주위 위성 중 하나입니다. 네시다는 처음 발견되었을 때 그 특징들이 알려진 위성들과는 매우 다른 것으로 보였습니다. 지름도 크고 질량도 많이 있는 위성임에도 불구하고 해왕성과의 거리와 이심률이 컸습니다. 이러한 특징들은 연구자들에게 여러 가지 스케치를 남기게 했으며 해왕성과의 궤도에서 불규칙한 돌진 모션을 가지고 있습니다.
5)프로테우스: 프로테우스(Proteus)는 지름이 약 420km로 해왕성 주위의 가장 큰 위성 중 하나입니다. 이 위성은 1989년 보이저 2호 탐사선에 의해 발견되었으며 그 당시 토리(Triton) 다음으로 큰 해왕성의 위성으로 나타난 초대형 위성이었습니다. 프로테우스는 지름이 크지만 상대적으로 이심률이 작은 원통 형태를 띠고 있습니다. 이 위성의 겉모습은 부드럽고 평평한 표면을 가지고 있으며 화산 계곡들로 이루어진 지형의 모습을 보여줍니다. 이러한 특징들은 프로테우스가 고대에는 녹야드(Neptune's nurseries)라는 지역에서 돌출해낸 것으로 추정되는 그물망 형태의 리소스(Rubble)로부터 형성됐을 수도 있다는 가설을 뒷받침합니다. 프로테우스의 밀도는 1.3g/cm³로서 이는 얼음 등의 경량 물질 조합일 가능성이 있습니다
6)히파노에: 히파노에(Hippocamp)는 해왕성의 위성 중 가장 작은 위성 중 하나로, 지름이 약 34km 정도입니다. 이 위성은 해왕성의 가장 큰 위성 중 하나인 프로테우스(Proteus)의 내부 궤도에 위치하고 있습니다. 히파노에는 2013년에 해왕성 탐사선 보이저2호의 이미지에서 발견되었습니다. 그러나, 이 위성의 이름은 2019년에 발표된 새로운 연구 결과에서 명명되었습니다. 해당 논문에서는, 기존에는 "S/2004 N 1" 이라고 불리던 이 위성을 제대로 명명하고자 하여, "히파노에"라는 이름을 붙였습니다. 이 이름은 그리스 신화의 인물 중 하나인 바다 마녀 히파노에(Hippocampus)에서 유래되었습니다.
7)갈라테아: 갈라테아(Galatea)는 지름이 약 158km입니다. 이 위성은 해왕성의 가장 바깥쪽에 위치한 원형 위성 중 하나입니다. 갈라테아는 1989년 해왕성을 탐사한 보이저2호가 촬영한 사진을 통해 발견되었습니다. 이전에는 발견되지 않았던 이 위성은 뒤이어 해왕성 관측을 진행한 많은 탐사선들에 의해 자세한 관측이 이루어졌습니다. 갈라테아는 일종의 해왕성 궤도 클랜핑 위성입니다. 갈라테아는 해왕성으로부터 약 7백만 km 정도 떨어져 있으며 무게중심이 중앙이 아닌 궤도로 이동하는 불규칙한 운동을 보이며 이는 행성의 중력장과 다른 위성들과의 상호작용으로 발생하는 것으로 추정됩니다. 갈라테아의 특이한 모양은 여러 차례의 충돌로 인해 형성되었을 가능성이 있습니다. 이러한 충돌 과정에서 갈라테아는 규칙적인 모양의 구조물로부터 다양한 모양의 구조물(산악, 분대, 강하, 해구 등)까지 다양한 지형적 특징을 갖게 되었습니다.
8)사오산 초승달: 사오산 초승달(Naiad)은 해왕성의 위성 중 하나로 지름이 약 58km 정도입니다. 이 위성은 해왕성 궤도 내부에서 가장 작은 원형 위성 중 하나입니다. 사오산 초승달은 1989년 해왕성을 탐사한 보이저2호가 촬영한 사진을 통해 발견되었습니다. 사오산 초승달은 해왕성 주위를 공전하면서 해왕성을 중심으로 한 하나의 궤도를 가지고 있습니다. 이 궤도는 해왕성 궤도 내부에 있으며 다른 작은 위성들과 함께 궤도를 이루고 있습니다. 사오산 초승달도 지난 수십억 년 간 해왕성 주위를 공전하면서 겹치거나 부딪히는 등 여러 가지의 충돌 사건을 겪었습니다. 이러한 충돌 사건으로 사오산 초승달의 표면에는 크레이터, 해구, 달의 해경과 비슷한 지형 등이 관측됩니다.
9)지보: 지보(Psamathe)는 지름이 약 40-50km 정도이고 애왕성의 바깥 원궤도를 돌고 있기 때분에 태양에서의 에너지가 부족하여 매우 차가운 온도로 유지하고 표면온도는 -223℃입니다. 해왕성에서 약 46 억 km 떨어져 있고 2003년에 해왕성 탐사선 보이저2호가 획득한 이미지를 분석함으로써 발견되었습니다. 지보는 매우 작은 원형 위성으로 지수 9등급 이하의 약한 밝기를 가지고 있습니다.
10)탈사: 탈사(Triton)는 해왕성의 큰 달 중 하나로 지름이 약 2,700km 이상이며 이는 천문학에서 발견된 위성 중 7번째로 큽니다. 이 위성은 외부 태양계에서 왔다고 추정되는 쿄퍼 벨트의 작은 천체 중 하나인 니아드에서 출발해 해왕성의 중력장에 포획되어 그 궤도를 따라 공전하고 있습니다. 탈사는 1846년에 영국의 천문학자 윌리엄 라셀에 의해 발견되었습니다. 이 달은 보이저2호 탐사선의 해왕성 귀환 기간에도 가장 큰 관심 대상 중 하나였습니다. 보이저2호는 1989년 7월 14일에 해왕성을 탐사할 때 매우 가까운 거리에서 탈사를 관측하며 자세한 정보를 수집했습니다. 탈사는 해왕성에서 반시계 방향으로 공전하고 있는데 이는 해왕성의 자전 방향과 일치합니다. 탈사는 주기적으로 행성의 대기권과 충돌하면서 양극지에 많은 얼음과 극광을 만들어내는 활동을 보이고 있습니다. 탈사의 지표에는 지구의 만리장성과 똑같은 형태를 갖는 Eastern Ruins(동쪽 유적지)가 있습니다.
11)람다: 람다(Lambda)는 지름이 약 84km 정도이고 이위성은 해왕성의 약 17배 이상 떨어진 위치에서 공전하고 있습니다. 람다는 1981년에 관측되었으며 보이저2호 탐사선의 탐사에서도 자세한 정보를 수집했습니다. 이 위성의 표면은 매우 어두운 회색을 띠고 있으며 지표상에는 크레이터나 구르미 같은 지형적 특징이 관측됩니다. 람다는 다른 작은 위성들과 함께 공전하면서 해왕성과의 상호작용을 이루고 있습니다. 과거에는 해왕성 주위를 도는 궤도가 안정되어 있지 않아 람다와 같은 위성들이 해왕성의 중력장에 포획되는 일이 종종 있었습니다. 이러한 포획 과정에서 발생하는 열과 충격이 람다 표면의 지질적 변화를 유도했을 수도 있습니다.
12)PSR J1719-1438 b: 해왕성과 비슷한 크기의 백색 왜성인 PSR J1719-1438 주위를 공전하는 외계 행성으로 대략 지름이 지구의 5배 정도이며 질량은 지구의 1.2배 정도입니다. 이 외계 행성은 연구진에 의해 2011년에 발견되었습니다. PSR J1719-1438 b는 지름은 지구의 5배로 꽤 큰 행성이지만 질량은 지구의 1.2배 이므로 밀도가 매우 높은 것으로 추정됩니다. 이 행성의 밀도는 유사한 크기의 다른 외계 행성에 비해 매우 높은데 이는 해당 행성이 지금까지 발견된 외계 행성 중 가장 압축된 물질로 이루어져 있다는 것을 시사합니다. PSR J1719-1438 b는 백색 왜성의 바로 쪽에 위치하며 그와 매우 가까운 거리에서 공전합니다. 이 행성은 불규칙한 형태를 가지고 있으며 주변의 백색 왜성으로부터 매우 강한 조리개 속도를 받는 것으로 추정됩니다.
13)NAIBI: 작은크기의 원형위성으로 지름이 약 62km 정도이고 해왕성 바깥 원궤도에서 공전하고 있습니다. NAIBI는 2003년에 발견되었으며 해왕성 탐사선 보이저 2호의 탐사 기간 중 발견된 새로운 위성 중 하나였습니다.
14)PSO J318.5-22: 해왕성과 가까운 별 근처에서 발견된 가시광선에서 가장 어두운 외계 행성 중 하나입니다. 이 외계 행성은 해왕성의 80% 정도의 질량을 가지고 있으며 지름이 지구의 6배 정도되는 대형 행성입니다. PSO J318.5-22는 행성이 형성되는 전통적인 방식으로는 이해하기 어려운 특징들을 보여줍니다. 행성처럼 밝고 뜨거운 중심성 별이나 새로 생성되는 별의 원반에서 탄생하는 것이 아니라 기존의 별계에서 떨어져 나온 '유령 행성'으로 추정됩니다. 이와 같이 별계 외부에서 유래한 행성은 우리 태양계 외부 행성들과 비교했을 때 형성 시기와 방식이 매우 다릅니다. PSO J318.5-22는 2013년에 발견되었으며 이 외계 행성은 매우 어둡게 반사된 빛을 내뿜는 중성자에서 발견됐습니다. 이러한 방식으로 발견된 외계 행성들은 극히 일부인데 이는 이러한 형태의 행성이 매우 어둡게 반사된 빛으로부터 탐지하기 어렵다는 점과 어두움의 이유가 여전히 분명하지 않다는 점 때문입니다.
해왕성의 위성14개까지 포함해서 해왕성에 대해서 자세히 알아보았습니다.
비가 와서 무더위가 조금 수그러들었네요.
오늘 하루도 즐거운 시간되세요.
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