허셜의 행성 천왕성

목성을 지나 토성의 궤도를 지나면 청녹색의 행성 천왕성이 존재한다.

허셜이 발견해서 허셜의 행성이라고도 불리는 천왕성에 대해 알아보겠다.

 

허셜의 행성 천왕성

천왕성은 태양계의 일곱번째 행성이다. 태양계 행성 중 세번째로 크고, 네번째로 질량이 크다. 영문 이름은 우라노스로 그리스 신화에서 크로노스의 아버지이며 제우스의 할아버지 신이다. 일본에서 이를 천왕으로 해석을 했고, 우리는 이를 그대로 받아들여 천왕성이 되었다.

천왕성은 육안으로 볼 수 있음에도 불구하고 매우 느리고 어둡기 때문에 그 존재가 오랬동안 밝혀지지 않았다. 여러 천문학자들에게 맨눈으로 관측되기도 하였으나 그저 어두운 별 정도로만 여겨졌다.

1781년 천문학자이자 음악가인 윌리엄 허셜은 천왕성이 행성인 것을 최초로 확인했다. 처음엔 그도 그저 태양에서 멀리 떨어져 있어 꼬리가 발달되지 않은 혜성으로 생각했다. 그러나 꾸준하게 관측한 결과 이 천체가 태양을 중심으로 공전하는 행성이라는 것을 발견할 수 있었다. 그는 1781년 천왕성의 발견을 공식적으로 발표하였고, 이는 천문학사에서 최초로 토성 너머로 태양계의 지평을 넘기는 커다란 업적을 세웠다.

 

천왕성은 망원경을 통해 그 존재가 밝혀진 최초의 행성이다. 이는 전세계의 천문학자들에게 자신들도 망원경을 통해 새로운 발견이 가능할 것이라는 희망을 안겨주게 되었다.

또 천왕성의 궤도 위치가 독일의 천문학자 보데가 주장한 보데의 법칙을 증명해 낸 발견으로도 유명세를 탔다.

보데의 법칙에 의하면 8번째 자리에 맞는 행성이 있다는 것이었는데 천왕성이 그 8번째 자리에 딱 맞는 행성이었다.

 

 

천왕성의 크기

천왕성은 반지름 25.559km의 구형으로 지구보다 약 4배정도 크고, 토성의 절반, 목성의 1/3 정도의 크기를 가졌다. 목성과 토성에 이어 태양계에서 세번째로 큰 행성이다.

망원경으로 보아도 아주 작고 흐려 크기를 결정할 수 없었던 천왕성의 크기를 측정할 수 있었던 것은 1977년 어떤 행성이 다른 별의 표면을 통과하는 엄폐현상이 천왕성에게서 나타났기 때문이다. 이때 천왕성이 움직이는 속도와 별을 가리는 시간을 측정하여 크기를 계산할 수 있었다.

천왕성의 질량은 목성, 토성보다는 작지만 지구의 약 15배에 이른다.

목성형 행성들은 기본적으로 지구형 행성들보다 거대한 크기를 가지고 있다.

 

대기와 기후

천왕성의 대기는 대부분 수소(83%)와 헬륨(15%)으로 이루어져 있으며 그외 메탄(2%) 등이 포함되어 있다. 천왕성의 대기가 태양의 적색 파장을 흡수하고 청색과 녹색의 파장들을 반사하기 때문에 전체적으로 청녹색을 띄게 되는데 이는 반사율이 높은 암모니아와 황이 대기 깊숙히 포함되어 있을거라는 추측을 할 수 있게 한다.

천왕성의 온도는 대략 영하 215도 정도로 적외선 관측한 결과이다. 이는 태양으로 받은 태양에너지를 받은 양보다 더 많이 방출되는 것으로 목성이나 토성과 같이 내부에 열원이 있을것으로 추정된다. 그러나 추가로 방출되는 에너지는 목성, 토성 해왕성에 비해 매우 양이 적다. 이는 천왕성 내부에너지가 행성이 형성될 때 붕괴되는 가스들에 의한 중력에너지 때문일것이라고 추측된다.

 

내부구조

천왕성은 목성, 토성과는 조금 다른 내부구조를 지니고 있다. 목성과 토성은 내부의 높은 압력으로 액체금속형태의 수소가 존재하지만 천왕성은 내부압력이 부족하여 수소를 액체금속으로 변화시키기 어려울것으로 추측된다. 그래서 대기에 있는 메탄과 암모니아의 얼음이 압력에 의하여 이온화되어 존재할 것이라고 추측된다. 목성에 비하야 낮은 압력, 비슷한 밀도, 낮은온도 등을 보았을때 천왕성 내부에는 수소와 헬륨의 함량은 적을 것이며 암석과 얼음이 존재할 것으로 추측된다.

 

공전과 자전

천왕성은 태양으로부터 평균 약 28억 8,000km 떨어진 곳에서 공전을 하고, 공전주기는 약 84년이다. 공전의 궤도는 타원형을 띄고 있다. 공전 속도는 약 6.8km/s로 다른 행성에 비하여 느린 속도로 공전을 한다.

천왕성의 자전은 매우 특이한 특징을 가지고 있다. 다른 행성들과는 다르게 자전축이 거의 황도면에 누워있는 형태이다. 적도면이 공전궤도면에 98도 기울어진 역회전을 하고 주기는 약 17시간정도이다.

행성들 중 역방향으로 자전을 하는 행성은 금성과 천왕성이다. 역방향으로 자전하는 것을 지구에 대입한다면 서쪽에서 해가 뜨고 동쪽으로 진다는 의미이다.

자전축이 너무 기울어져 있어서 자전주기를 구하는데 매우 어려움을 겪었으나 적외선 관측으로 실제와 근사값을 얻을 수 있었고, 최종적으로는 보이저 자기장 측정에 의하여 자전주기를 결정지을 수 있었다.

한가지 더 특이한 점은 극도로 기울어진 자전축으로 극지방이 태양에너지를 더 많이 받는데 전체적으로 온도는 균일한 점인데 이것의 이유는 아직 해명되지 못하고 있다.

 

천왕성의 고리

천왕성의 고리는 물리적인 특성을 알아보기 위해 천왕성이 배경의 별을 가리는 현상을 관측하던 중에 발견되었다. 별빛이 천왕성에 가려지기 전에 여러번 밝기의 변화가 생기는 것을 발견하였고, 이는 다시 나타났을때도 같은 현상이 반복되었다. 이러한 관측을 토대로 천문학자들은 별빛을 가리는 것이 천왕성의 고리라는 것을 밝혀내었고, 이러한 관측으로 천왕성의 9개의 고리를 발견했다. 그 이후 나머지 고리들은 보이저 2호와 허블우주망원경으로 밝혀냈다.

고리가 지구에서 관측할 수 없는 이유는 아주 어둡기때문인데 이는 토성의 고리는 빛의 대부분을 반사시키는데 천왕성의 고리는 빛을 1%밖에 반사시키지 못하는 먼지와 검은 얼음 알갱이로 이루어져 있기 때문으로 판단된다.

 

천왕성의 다섯 위성들

천왕성은 지금까지 밝혀진 바에 의하면 27개의 위성을 거느리고 있다. 이들 대두분은 알렉산더 포프의 작품에 등장인물이나 정령들의 이름으로 불리고 있다. 그 중 다섯개의 위성이 가장 많이 알려져 있다.

타이타니아와 오베론은 1787년 윌리엄 허셜에 의해 발견되었고, 아리엘과 엠브리엘은 한세기 후 윌리엄 러셀, 가장 작은 미란다는 1948년 카이퍼에 의해 발견되었다.

 

 

미란다

다섯 위성들 중 천왕성에 가장 가까운 위성이다. 지름은 약 480km 정도로 작은 위성이다. 보이저 2호의 관측에서 보면 큰 충돌이 있었던 것처럼 형채가 일그러져 있는데 이는 과거에 큰 충돌로 인해 파괴되었다가 중력으로 인하여 파편들이 다시 뭉쳐서 이루어졌을거라고 추측한다. 또 천왕성의 조석력으로 인하여 일부분이 변형되었다는 주장도 있다.

아리엘

지름 1,160km 정도의 크기로, 천왕성과 19만 km 정도 거리에서 2.5일을 주기로 공전을 하고 있다. 천왕성의 위성들 중 가장 밝은 위성이다.

엄브리엘

지름 1,170km 정도의 크기로, 천왕성과 26만 6,000 km 정도 거리에서 4일 주기로 공전을 하고 있다. 천왕성의 위성들 중 가장 어둡고 오래되었을 것으로 추정된다. 이는 크레이터들의 형태가 매우 오래된 것으로 보이기에 이렇게 추정되는 것이다.

티타니아

다섯 위성들 중 가장 큰 지름 1,580km 을 가지고 있고, 천왕성과 43만 6,000 km 거리에서 8.7일 주기로 공전하고 있다.

오베론

지름 1,520km 정도의 크기로, 천왕성과 58만 3,000 km 정도 거리에서 13.5일 주기로 공전한다. 이 행성에도 오래된 것으로 추정되는 크리에이터들이 많이 존재한다.

 

신화에서 천왕성

"우라노스". 천왕성은 고대인들이 지은 이름이 아닌 근세 이후에 발견된 행성으로 고대에 사용되지 않은 신화속 인물의 이름을 붙인 것이다. 천체의 겉모습이나 특징으로 지어진 신의 이름과는 다르다.

우라노스는 그리스 신화에서 유래된 명칭으로 제우스의 할아버지에 해당된다. 크로노스(토성)가 아들인 제우스(목성)에게 쫒겨난 것처람 우라노스(천왕성) 또한 아들인 크로노스(토성)에게 쫒겨났다.