해왕성 바람이 태양계 최강인 이유, 위성 트리톤까지

해왕성_Pixabay

 

태양계의 가장 바깥, 푸르게 빛나는 행성이 있습니다. 해왕성입니다.

태양과의 거리는 지구-태양 거리의 30배. 여기까지 오면 태양은 그저 조금 밝은 별에 불과합니다. 그런데 이 춥고 어두운 곳에서 태양계 전체를 통틀어 가장 사나운 바람이 붑니다.

 

망원경보다 계산이 먼저였다

해왕성은 다른 행성과 발견 방식이 완전히 다릅니다. 하늘을 뒤지다 찾은 것이 아니라, 종이 위에서 먼저 찾았습니다.

19세기 초, 천왕성의 궤도가 계산과 미묘하게 어긋난다는 사실이 문제가 되었습니다. 뉴턴 역학이 틀렸거나, 아니면 바깥에 아직 발견되지 않은 천체가 있어 천왕성을 끌어당기고 있거나 둘 중 하나였습니다.

프랑스의 르베리에와 영국의 애덤스가 각자 독립적으로 그 미지의 행성이 있어야 할 위치를 계산해냈습니다. 1846년, 르베리에가 알려준 좌표를 베를린 천문대가 겨누자 한 시간도 안 되어 해왕성이 발견되었습니다.

계산이 예측한 자리에 정말로 행성이 있었던 것입니다. 뉴턴 역학의 가장 극적인 승리로 꼽히는 사건입니다.

 

 

 

해왕성 기본 정보

항목	내용
태양과의 거리	지구-태양 거리의 약 30배
하루(자전 주기)	약 16시간
1년(공전 주기)	165년 (약 9만 일)
최대 풍속	시속 약 1,900km — 음속의 2배
주요 성분	수소, 헬륨, 메탄
위성	트리톤 포함 다수
태양계 순번	8번째 (가장 바깥)

 

하루는 16시간으로 빠르게 흐르지만, 1년은 무려 165년입니다. 해왕성 달력을 만든다면 아주 두꺼워질 것입니다. 1846년 발견된 이래 해왕성은 이제 겨우 태양을 한 바퀴 남짓 돌았습니다.

 

왜 푸른색일까

해왕성은 천왕성과 마찬가지로 수소, 헬륨, 약간의 메탄으로 이루어져 있습니다. 그런데 천왕성이 청록색인 데 비해 해왕성은 유독 선명한 푸른색을 띱니다.

기본 원리는 같습니다. 대기 중의 메탄이 붉은 계열의 빛을 흡수하고 푸른색을 산란시킵니다. 문제는 메탄만으로는 이 정도의 진한 푸른색이 설명되지 않는다는 점입니다.

구름 속의 어떤 물질이 이 색을 만들어내는 것으로 추정되지만, 그 정체가 무엇인지는 지금도 지상과 우주의 망원경으로 계속 연구 중입니다.

 

neptune 해왕성

대흑점 — 나타났다가 사라지는 구멍

보이저 2호가 해왕성에서 발견한 것 중 가장 인상적인 것은 대기에 떠 있는 거대한 검은 점들이었습니다. 천왕성에서는 볼 수 없었던 현상입니다.

그중 가장 큰 것이 대흑점입니다. 지구만 한 크기이며, 물에 떨어진 잉크 방울이 소용돌이치는 것 같은 모습입니다.

 

대흑점의 정체

대흑점은 실제로 검은 물질이 아닙니다. 대기에 뚫린 거대한 구멍입니다. 소용돌이치는 대기가 상층부의 구름을 걷어내면서, 그 아래 깊은 곳까지 훤히 들여다보이는 것입니다. 우리가 보는 검은색은 해왕성 내부의 어둠입니다.

해왕성의 대흑점_ (출처: NASA·ESA 공개 이미지 )

5년 만에 사라진 이유

더 놀라운 것은 이 점이 안정적으로 고정되어 있지 않다는 사실입니다.

1989년 보이저 2호가 촬영했던 대흑점은, 1994년 허블 우주망원경으로 다시 관측했을 때 흔적도 없이 사라져 있었습니다. 단 5년 만입니다. 그 후로도 다른 점들이 나타났다가 사라지기를 반복하고 있습니다.

지구의 폭풍이 며칠에서 몇 주면 사라지고 목성의 대적점이 300년을 버티는 것과 비교하면, 해왕성은 그 중간 어디에도 속하지 않는 독특한 속도로 변합니다. 정확한 원리는 아직 모르지만 적도에서 불어오는 거센 바람과 관련이 있을 것으로 추정합니다.

neptune 해왕성 대흑점(출처: NASA·ESA 공개 이미지 )

태양계에서 가장 강한 바람

해왕성 적도에서는 음속의 두 배에 달하는 바람이 휘몰아칩니다. 어떤 위도에서 측정된 속도는 시속 1,900km에 이릅니다.

이 바람이 얼마나 파괴적인지 감을 잡으려면 지구와 비교해봐야 합니다. 지구에서 가장 파괴적인 바람은 토네이도입니다. 초고속으로 회전하는 이 공기 기둥은 건물을 산산조각 내고, 차량을 장난감처럼 집어던지고, 고속도로를 뜯어냅니다.

그런 토네이도조차 해왕성의 바람 앞에서는 산들바람에 불과합니다.

 

태양이 아니라 내부 열이 원인

여기서 역설이 발생합니다. 태양에서 이렇게 멀리 떨어진 곳에서, 무슨 에너지로 이런 바람이 부는 걸까요.

지구의 날씨를 움직이는 것은 태양 에너지입니다. 하지만 해왕성에서 태양의 위력은 미미합니다. 대신 해왕성은 자체 열원을 갖고 있습니다.

해왕성이 형성될 때 수많은 물질이 충돌했고 그 과정에서 막대한 열이 발생했습니다. 그 열이 45억 년이 지난 지금도 행성 내부에 남아 있습니다. 이 열이 방출되면서 가스를 데우고, 엄청난 위력의 제트기류를 만들어냅니다.

그리고 결정적으로, 해왕성에는 기류의 상승을 막아줄 대륙이 없습니다. 지구에서는 산맥과 대륙이 바람의 에너지를 흩어놓지만 해왕성에는 그런 방해물이 전혀 없습니다. 그래서 제트기류는 멈추지 않고 계속 가속됩니다. 처음 바람을 만든 에너지는 크지 않았지만, 방해받지 않고 축적되면서 태양계 최강이 된 것입니다.

 

바람 아래에는 무엇이 있을까

전문가들은 해왕성 내부에 다량의 물이 존재한다고 믿습니다. 다만 어떤 형태인지에 대해서는 의견이 갈립니다.

깊고 뜨거운 곳에 있기 때문에 우리가 아는 액체 상태는 아닐 것입니다. 유력한 추정은 고압 상태의 수증기 형태로 존재한다는 것입니다. 압력이 극도로 높아 밀도가 액체에 가까워진 유체가 대기 깊숙한 곳을 가득 채우고 있으리라는 설명입니다.

만약 해왕성에 '바다'라고 부를 만한 것이 있다면 그것은 행성 깊숙한 안쪽에 있습니다. 표면에 드러나 있지 않으니 우주선이나 보트를 띄울 방법은 없습니다.

흥미로운 점은 여기에 있습니다. 지구에서 생명이 존재하려면 물과 열이 필요합니다. 해왕성에는 열이 있고, 물이 있고, 탄화수소까지 있습니다. 고등 생물의 형태는 아니겠지만, 그 깊은 곳에서 무언가가 헤엄치고 있을 가능성을 완전히 배제하기는 어렵습니다.

해왕성고리_ NASA·ESA 공개 이미지

해왕성의 고리 — 끊어진 원호들

해왕성에 접근하는 동안 관측팀은 혼란을 겪었습니다. 가까이 갈수록 고리의 존재가 오히려 불확실해졌기 때문입니다. 완전한 원이 아니라 끊어진 원호 형태만 보였습니다.

그런데 막상 해왕성에 도착하자 고리가 다시 온전하게 보였습니다. 관측 각도의 문제였습니다.

해왕성의 고리는 토성처럼 감탄을 자아내지는 않습니다. 투박하고, 어떤 부분은 아주 밝고 어떤 부분은 아주 얇습니다. 고리를 이루는 입자는 어두운 색인데, 얼음과 유기물의 혼합물이거나 유기물 그 자체로 추정됩니다. 태양빛을 아주 조금만 반사하기 때문에 눈에 잘 띄지 않습니다.

이 가느다란 고리들이 흩어지지 않고 유지되는 이유는 양쪽에서 균형을 잡아주는 위성들의 중력 덕분입니다.

 

위성 트리톤 — 해왕성이 붙잡은 손님

해왕성의 고리보다 훨씬 더 시선을 끄는 것은 위성 트리톤입니다.

해왕성 위성 중 가장 거대한 트리톤은 얇은 얼음층으로 덮여 있습니다. 표면에는 다른 어디서도 볼 수 없는 무늬가 있는데, 생김새 때문에 '멜론 지대'라는 별명이 붙었습니다.

위성 트리톤 _ NASA·ESA 공개 이미지

왜 거꾸로 돌까

트리톤에는 신비한 과거가 있습니다. 원래 해왕성의 위성이 아니었다는 것입니다.

근거는 공전 방향입니다. 트리톤은 해왕성의 자전 방향과 반대로 돕니다. 행성과 함께 만들어진 위성이라면 있을 수 없는 일입니다. 즉 트리톤은 태양계 바깥쪽에서 떠돌다가 해왕성의 중력에 붙잡힌 천체입니다.

 

얼음 아래의 간헐천

트리톤 표면은 이산화탄소, 일산화탄소, 메탄, 그리고 다량의 질소가 얼음 상태로 덮고 있습니다. 눈밭처럼 발로 밟으면 뽀드득 소리가 날 정도입니다.

하지만 이 황량한 지표를 걷는 것은 대단히 위험합니다. 영하 235도의 초저온에서 탄성을 유지할 수 있는 특수 소재의 우주복이 필요합니다. 그런 우주복을 입고 걷는다 해도 그 아래 또 다른 위험이 도사리고 있습니다.

트리톤 표면 곳곳에는 흐릿한 검은 줄무늬가 있습니다. 이 자국이 위험을 알려주는 단서입니다.

원리는 이렇습니다.

1. 얼어붙은 지면 아래에 액체 질소가 바다처럼 펼쳐져 있습니다.
2. 약한 햇빛에도 온도가 조금 오르면 액체 질소가 기체로 변합니다.
3. 이 고압 기체가 간헐천처럼 폭발적으로 분출합니다. 공중으로 15km 정도 솟아오른 뒤 대기의 흐름을 만나 90도로 꺾입니다.
4. 함께 날아오른 먼지가 하얀 지면 위로 떨어지면서 검은 줄무늬를 남깁니다.

이 검은 물질의 정체는 유기물로 추정됩니다. 여기서 유기물은 생물이나 식물을 뜻하는 것이 아니라 탄소를 포함한 화합물을 가리킵니다. 그 자체로는 생명이 아니지만, 생명의 출발점이 될 수 있는 물질입니다. 화학적 진화의 초기 단계와 관련이 있다고 여겨집니다.

 

해왕성에 가려면

해왕성까지 가는 데는 약 24년이 걸립니다. 인생의 3분의 1을 우주선 안에서 보내야 한다는 뜻입니다.

이 정도 거리의 유인 탐사가 현실적으로 논의된다면, 냉동 수면 같은 기술이 전제되어야 할 것입니다. 24년을 냉동 상태로 보낸 뒤 깨어나는 여행. 아직은 상상의 영역이지만, 태양계 끝까지 가려면 언젠가 마주해야 할 문제입니다.

neptune 해왕성 거리 (지구와 반지금 크기비교) (출처:NASA·ESA 공개 이미지 )

자주 묻는 질문

해왕성은 어떻게 발견되었나요?

망원경이 아니라 계산으로 먼저 발견되었습니다. 천왕성의 궤도가 예측과 미묘하게 어긋나는 것을 보고, 그 바깥에 또 다른 행성이 있으리라 계산해낸 뒤 그 위치를 관측해 확인했습니다.

해왕성에 간 탐사선은 몇 대인가요?

지금까지 단 한 대, 1989년의 보이저 2호뿐입니다. 우리가 아는 해왕성의 근접 관측 자료는 대부분 그때의 것입니다.

해왕성과 천왕성 중 어느 쪽이 더 추운가요?

평균 기온은 해왕성이 더 낮습니다. 다만 해왕성은 내부 열을 활발히 방출하는 반면 천왕성은 그렇지 않아, 최저 기온 기록은 천왕성이 갖고 있습니다.

트리톤은 앞으로 어떻게 되나요?

역행 궤도를 도는 위성은 조석력 때문에 서서히 행성 쪽으로 끌려 들어갑니다. 아주 먼 미래에 트리톤은 해왕성의 조석력에 부서져 고리가 될 것으로 예측됩니다.

 

자료 출처

• NASA 보이저 2호 관측 자료(1989)
• NASA·ESA 허블 우주망원경 대흑점 관측 자료
• 오류를 발견하시면 댓글이나 메일로 알려주세요.

 

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