수성의 낮 표면은 430도까지 올라가고 밤에는 영하 180도까지 떨어집니다. 온도 차가 600도를 넘습니다. 대기가 거의 없어 열을 붙잡아둘 방법이 없기 때문입니다. 불처럼 뜨거우면서 동시에 얼음처럼 차갑고, 딱딱하게 굳어 있어야 할 내부가 자기장을 만들어내고 있습니다.
이 글에서는 수성의 표면, 시간, 자기장, 기후를 순서대로 살펴봅니다.
수성을 이해하는 네 가지 핵심
| 항목 | 내용 |
|---|---|
| 태양과의 평균 거리 | 약 5,800만 km |
| 지름 | 약 4,880 km (지구의 약 38%) |
| 자전 주기 | 약 59일 |
| 하루(태양일) | 약 176일 = 지구의 약 반년 |
| 공전 주기(1년) | 88일 |
| 표면 온도 | 최고 약 450℃ / 최저 약 -180℃ |
| 대기 | 사실상 없음(극미량의 산소·나트륨 등) |
수성의 성격은 네 가지로 요약됩니다.
- 밀도가 매우 높은 작은 행성이며, 표면 모습은 달과 가장 닮았습니다.
- 자기장을 가지고 있습니다. 작은 암석 행성으로서는 대단히 이례적인 일입니다.
- 불처럼 뜨거우면서 얼음처럼 차갑습니다. 낮과 밤의 온도 차가 600도를 넘습니다.
- 극지방에는 얼음이 있습니다. 햇빛이 영원히 닿지 않는 분화구 바닥에 얼음이 남아 있습니다.
30억 년 전 표면이 그대로 남아 있다
수성을 처음 마주하면 눈에 들어오는 것은 오직 분화구입니다. 시야 전체가 크고 작은 충돌 흔적으로 빼곡히 채워져 있습니다. 분화구 위에 또 다른 분화구가 겹쳐 있고, 작은 바위 하나에도 미세한 충돌 자국이 남아 있습니다. 반대로 너무 거대한 분화구는 그것이 분화구라는 사실조차 알아차리기 어려울 정도입니다.
이 흔적들은 태양계 초기, 소행성들이 마구 쏟아지던 시절에 만들어진 것으로 추정됩니다. 그 후 수성에는 비 한 방울, 바람 한 점 불지 않았습니다. 침식이 일어나지 않으니 30억 년 전의 지형이 거의 그대로 보존된 것입니다.
왜 수성 연구가 가장 더딜까
수성의 표면은 45억 년 전 태양계의 역사를 읽어낼 수 있는 귀중한 기록입니다. 그런데도 수성은 태양계 행성 중 연구가 가장 더딘 편에 속합니다. 이유는 두 가지입니다.
- 관측이 어렵습니다. 지구에서 보면 항상 지평선 근처, 태양 바로 옆에 붙어 있어 망원경을 겨누기가 까다롭습니다.
- 접근이 어렵습니다. 태양의 중력이 워낙 강해서 탐사선이 수성 궤도에 안착하는 것 자체가 고난도 작업입니다.
하루가 1년보다 길다
수성의 시간은 우리 직관을 완전히 벗어납니다.
- 1년은 88일. 태양에 가까워 궤도를 빠르게 돕니다.
- 자전은 59일에 한 바퀴. 아주 느립니다.
- 결과적으로 태양일(해가 떴다가 다시 뜰 때까지)은 약 176일. 수성의 하루가 수성의 1년보다 두 배나 깁니다.
낮이 석 달가량 이어지고, 그만큼 긴 밤이 찾아옵니다. 이 지독하게 느린 리듬이 수성의 극단적인 온도 차를 만들어냅니다.
마리너 10호가 발견한 두 가지
1974년 나사의 마리너 10호가 수성 표면을 촬영했습니다. 수성이 천천히 자전하는 데다 타원 궤도를 돌기 때문에, 세 차례나 근접 비행을 하고도 표면의 절반밖에 볼 수 없었습니다. 그럼에도 이 임무는 두 가지 중요한 사실을 남겼습니다.
첫째, 수성은 수축하고 있습니다. 지구와 달리 수성에는 판 구조 운동이 없습니다. 내부가 식으면서 부피가 줄어들 때 지각이 갈 곳을 잃고 압박을 받습니다. 그 결과 표면에는 절벽 형태의 거대한 주름(엽상단애)이 생겨났습니다.
둘째, 내부에 거대한 금속핵이 있습니다. 수성의 핵은 전체 질량의 약 60%를 차지합니다. 비율로 따지면 지구보다 훨씬 큽니다. 이렇게 큰 핵을 설명하기 위해 학계가 내놓은 유력한 가설이 대충돌설입니다. 원래는 훨씬 큰 행성이었는데 거대한 충돌로 바깥쪽 암석층이 대부분 날아가고 무거운 핵만 남았다는 설명입니다.
빛의 축제 — 수성 밤하늘의 노란 도넛
수성 표면의 분화구를 자세히 보면 모두 똑같지 않습니다. 가장자리가 불룩 솟은 것도 있고 그렇지 않은 것도 있습니다. 일부는 충돌이 아니라 화산의 분출구로 밝혀졌습니다. 지금은 조용해 보이는 수성이지만, 과거 어느 시점에는 마그마가 끓고 용암이 분출하는 활발한 지각 활동이 있었다는 뜻입니다.
그리고 수성이 '여행지'로 거론되는 진짜 이유는 따로 있습니다. 바로 밤하늘의 풍경입니다.
수성에도 자기장이 있습니다. 다만 지구 자기장에 비하면 훨씬 약합니다. 태양풍을 완전히 막아내지 못하기 때문에, 태양에서 날아온 하전입자가 수성의 얇은 대기층을 그대로 두들깁니다. 이때 표면에서 튀어나온 나트륨 원자가 노란빛을 방출합니다. 행성 전체가 노란 도넛처럼 빛나는, 태양계 어디서도 볼 수 없는 광경이 펼쳐지는 것입니다.
수성 자기장의 미스터리
행성이 자기장을 만들려면 내부에 녹아서 흐르는 금속층이 있어야 합니다. 그런데 수성처럼 작은 행성은 오래전에 완전히 식어 굳었어야 정상입니다. 그럼에도 자기장이 관측된다는 것은, 내부 어딘가에 아직 유동하는 층이 남아 있다는 뜻입니다. 그 정확한 구조는 지금도 연구가 진행 중입니다.
수성의 기후 — 450도의 낮과 얼음이 공존하는 이유
수성에서 바라본 태양은 지구에서 보는 것보다 세 배 크고, 밝기는 일곱 배에 달합니다. 태양을 마주한 면의 온도는 약 450℃까지 올라갑니다. 납이 녹고도 남는 온도입니다.
반대로 대기가 없다는 점이 결정적입니다. 대기가 없으면 열을 붙잡아둘 담요가 없습니다. 해가 지는 순간 열은 그대로 우주로 빠져나가고, 밤면의 온도는 영하 180℃까지 곤두박질칩니다.
바로 이 특성 덕분에 놀라운 일이 벌어집니다. 수성의 극지방에는 자전축이 거의 기울어 있지 않아 햇빛이 단 한 번도 닿지 않는 분화구 바닥이 존재합니다. 그곳에서 얼음이 발견되었습니다. 태양에서 가장 가까운 행성에 얼음이 있다는 것, 이것이 수성의 가장 극적인 모순입니다.
한국에서 수성을 볼 수 있을까
수성은 태양계 행성 중 맨눈 관측이 가장 어렵습니다. 태양에 워낙 가까워 늘 지평선 근처에만 머물기 때문입니다.
관측이 가능한 시기는 1년에 몇 차례뿐입니다. 수성이 태양에서 가장 멀리 떨어져 보이는 최대이각 무렵, 해가 진 직후 서쪽 하늘이나 해뜨기 직전 동쪽 하늘에서 30분 남짓 볼 수 있습니다.
조건도 까다롭습니다.
- 서쪽(또는 동쪽) 지평선까지 탁 트인 곳이어야 합니다
- 도시의 건물이나 산에 가리면 그것으로 끝입니다
- 미세먼지가 있으면 보이지 않습니다
코페르니쿠스가 평생 수성을 한 번도 보지 못했다는 이야기가 전해질 만큼 어려운 대상입니다. 정확한 관측 가능 시기는 한국천문연구원이 매년 발표하는 천문력에서 확인할 수 있습니다.
자료 출처
자료 출처: NASA Solar System Exploration(Mercury), NASA 메신저(MESSENGER) 임무 자료, NASA Planetary Fact Sheet.
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