천왕성, 해왕성과 명왕성 1

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천왕성과 해왕성의 중요한 특징은 다음과 같다. 두 행성은 크기와 화학적 구성이 비슷하다. 두 행성은 목성과 토성보다 작으며 밀도가 낮다. 각 행성은 위성과 고리가 있는 작은 계의 중심이다. 두 행성에서 오래전 거대한 천체와 충돌한 흔적이 보인다. 천왕성과 해왕성의 대기는 목성과 토성처럼 대부분 수소와 헬륨으로 되어 있다. 둘 다 같은 목성형 행성이지만 목성과 토성보다는 작다. 천문학자들은 천왕성과 해왕성을 거대 얼음행성이라고 부르는데 이들의 대기가 암석과 물로 이루어진 핵을 둘러싸고 있기 때문이다. 천왕성과 해왕성의 물은 행성 안쪽 깊은 곳에 있어서 강한 압력을 받아 액체 상태로 존재한다. 하지만 수십억 년 전에 두 행성이 더 작은 천체였을 때는 아마 얼어붙어 있었을 것이다. 천왕성의 질량은 지구여 14.5배, 해왕성은 17.2배로 질량은 서로 다르지만 크기는 비슷하다. 질량이 작은 천왕성이 해왕성보다 큰데 천왕성의 적도 지름은 5만 1,118킬로미터이며 해왕성의 지름은 4만 9,528킬로미터이다. 천왕성의 하루는 17시간 14분이며 해왕성은 16시간 7분이다. 목성, 토성과 마찬가지로 하루는 지구보다 짧지만 1년은 더 길다. 태양을 한 바퀴 도는 데 천왕성은 84년, 해왕성은 165년이 걸린다. 천왕성은 옆으로 누워 있는 것 처럼 보이는데 이는 과거에 있었던 큰 충돌로 인한 후유증일지도 모른다. 적도는 천왕성의 공전면에 대해 평행하지 않고 거의 직각을 이루며 지구에서 볼 때 천왕성의 적도는 남북 방향을 가리키고 있다. 가끔은 천왕성의 북극이 태양과 지구 방향을 보고 있지만 어떨 때는 또 남극이 지구 방향을 보고 있다. 천왕성이 태양 주변을 도는 84년 동안 4분의 1은 북극이 태양 쪽을 향하며, 다른 4분의 1은 남극이 태양 쪽을 향하고, 나머지 시간은 태양이 극과 극 사이에 빛을 비춘다. 2007년에는 태양이 천왕성의 적도 위에 있었다. 아마 이때 천왕성의 해변으로 갔다면 아주 좋은 시간을 보냈을 것이다. 지구의 극지방에서는 절대 태양이 높게 뜨지 않는다. 하지만 2028년에 태양은 천왕성의 북극 하늘 높은 곳에 있을 것이다. 보이저 2호와 허블 우주망원경으로 관측한 시실은 천왕성의 구름 띠의 모양이 바뀌고 있다는 것이다. 2006년에는 큰 흑점이 나타났고 1986년에 보이저 2호가 첫 번째 오로라를 관측한 이후 2011년에 처음으로 허블우주망원경이 오로라를 촬영했다. 구름의 모양이 바뀌는 현상은 천왕성의 계절 변화와 관련이 있을지도 모른다. 2017년 2월까지 밝혀진 펀왕성의 위성에도 고리가 있다. 이들의 고리는 아주 어두운 물질들로 이루어져 있는데 아마 탄소가 풍부한 암석, 이를테면 탄소질 콘드라이트로 알려진 특정 운석과 비슷한 물질로 보인다. 갈릴레오 위성이 목성의 적도면을 돌듯이 천왕성의 위성과 고리는 천왕성의 적도면을 공전한다. 따라서 천왕성의 위성과 고리의 공전궤도는 천왕성의 공전궤도와 거의 직각을 이룬다. 해왕성은 공전궤도의 직각에서 28도 기울어진 자전축을 가지고 있다. 지구의 자전축 기울기인 23.5도보다 약간 더 삐딱하다. 천왕성의 고리처럼 아주 어두운 색의 고리를 가지고 있는데 탄소가 함유된 암석으로 이루어진 것으로 추정된다. 2017년 2월까지 밝혀진 해왕성의 위성은 총 14개이다. 가장 큰 위성인 트리톤은 지름이 2,707킬로미터에 이른다. 북쪽 위에서 본 해왕성은 다른 태양계의 행성들처럼 태양을 반시계 방향으로 공전하고 있다. 대부분의 위성은 모행성을 시계 반대 방향으로 공전한다. 하지만 보이저 2호가 보내온 사진에서 꼭 캔털루프처럼 생긴 트리톤은 뭔가 이상했다. 트리톤은 해왕성을 시계 방향으로 공전하고 있었다. 고민 끝에 과학자들은 태양계가 생긴 뒤 얼마 지나지 않아 해왕성이 트리톤을 포획했다고 결론 내렸다. 전문가들의 의견은 다양한데 가장 가능성 있는 이론은 이렇다. 해왕성은 카이퍼 벨트에서 온 이중 행성계와 충돌할 뻔했다. 이때 해왕성이 이중행성계를 이루고 있던 트리톤을 붙잡았고 다른 작은 천체는 멀리 날아가 버렸다. 현재로서, 천문학자들은 이 이론을 증명하기 위해 더 많은 정보가 필요하다. 트리톤은 얼음과 암석으로 구성되어 있기 때문에 천왕성이나 해왕성보다는 명왕성과 더 비슷하게 생겼다. 표면은 뜨겁고 용해된 암석이 아니라 차가운 물질들의 폭발과 흐름으로 형성된 지형으로 덮여 있다. 얼음, 드라이아이스, 얼어붙은 메탄, 얼어붙은 일산화탄소 그리고 심지어 얼어붙은 질소까지 모두 트리톤에 존재한다. 충돌 크레이터의 수는 상대적으로 적은 편인데 얼음이 크레이터를 계속해서 메꾸기 때문인 것으로 보인다. 환경보호단체들은 지나친 관광산업이 국립공원을 위험에 빠뜨리고 있으니 국립공원 대신 트리톤으로 여행을 떠나는걸 고려해보라고 말한다. 트리톤의 지형은 아주 특이하며 옐로스톤 국립공원만큼이나 아름다울지도 모른다. 하지만 트리톤으로 향할 때는 눈앞에 펼쳐질 얼음왕국을 예상하고 있어야 한다. 온천 대신에 얼어 붙을 듯한 폭풍우가 몰아치며 간헐천에서는 뜨거운 물줄기가 아니라 아주 차가운 증기가 뿜어져 나온다. 해왕성의 대기는 구름층으로 덮여 있으며 이따금 '대흑점'이라고 불리는 목성의 대적점과 비슷한 아주 큰 폭풍이 일어난다. 대적점은 같은 장소에서 발생했다가 사라지는 일을 반복한다. 하지만 해왕성의 대흑점은 1989년에 남반구에서 처음으로 발견되었다가 사라지고 시간이 지난뒤에 다시 반대편인 북반구에서 나타났다. 2016년에 허블우주망원경으로 21세기 처음으로 일어난 대흑점을 관측했으며 당시에는 남반구에 있었다.