해왕성(Neptune), 태양계에서 가장 멀리 있는 행성

태양계에서 가장 멀리 있는 행성.
망원경 없이는 볼 수 없는 유일한 행성이다. 태양에서 지구까지 거리의 30배 정도 떨어져 있다. 태양에서 평균거리는 약 44억 9506만 km로, 햇빛이 도달하는 데 약 4시간 10분 걸린다. 적도 지름은 약 49, 528km로 지구의 약 4배이다. 질량은 지구 질량의 약 17배이지만, 지구만큼 밀도가 크지는 않다. 위성이 적어도 13개가 있고, 해왕성 주위를 감싸는 몇 개의 고리도 발견되었다.
해왕성은 165년에 한 번씩 태양 주위를 타원궤도로 공전한다. 공전하면서 해왕성의 중심을 지나는 가상선인 자전축을 중심으로 자전한다. 한 번 자전하는 데 걸리는 시간, 즉 해왕성의 하루는 약 16시간 3분이다. 자전축은 해왕성이 태양 주위를 도는 궤도에 대해 수직으로 있지 않고, 수직에서 약 28 기울어져 있다. 기울기 때문에 해왕성에도 계절이 생긴다. 각 계절은 약 40년 동안 지속된다. 지구처럼 해왕성도 자기장이 있다. 해왕성의 자기장은 자전축에서 약 47도 기울어져 있다. 이것 때문에 해왕성에서는 자기 북극과 지리적 북극의  거리가 비교적 멀다.

(1) 구조와 화학조성

과학자들은 해왕성이 세 개의 층으로 되어 있다고 생각한다. 가장 안쪽에 있는 핵은 대부분 철, 니켈, 규산염으로 이루어져 있을 것이다. 규산염은 지구 지각의 대부분을 구성하는 광물이다. 지구와 달리 해왕성은 딱딱한 표면이 없다. 핵 상부에는 주로 암모니아, 메테인, 물 얼음으로 되어 있는 질척거리는 맨틀층이 있다. 해왕성 내부에는 천왕성과 마찬가지로 엄청난 양의 얼음이 있어서 천문학자들은 두 행성을 '얼음 거인'이라고 부른다. 해왕성의 질척거리는 맨틀층은 최고층인, 주로 수소와 헬륨으로 된 기체 대기층에 도달할 때까지 부드럽게 혼합된다. 대기에 포함된 소량의 메테인 때문에 해왕성은 푸른색으로 보인다.
해왕성 대기의 상층에 있는 두꺼운 구름층은 빠르게 운동한다. 이 구름층에서 바람의 속도는 약 1,450km/h에 이른다.
목성, 토성, 천왕성의 바람과 달리 해왕성의 바람은 해왕성의 자전과는 반대 방향으로 부는 경향이 있다. 대기의 가장 높은 곳에 있는 구름은 주로 언 메테인으로 이루어져 있다. 많은 과학자가 해왕성의 어둡고 깊은 구름이 황화수소로 되어 있다고 생각한다. 1989년에 보이저 2호는 해왕성에 태풍과 닮고 격렬하게 소용돌이치는 기체로 이루어진 어두운 지역이 있음을 발견했다. 이 지역은 대암반이라고 하는데, 목성의 대적반과 비슷하다. 1994년에 허블우주망원경은 대암반이 사라진 것을 발견했다.

(2) 위성과 고리

지금까지 발견된 위성은 13개이다. 가장 큰 위성인 트리톤은 지름이 약 2,700km으로, 해왕성에서 약 35만 4760km 떨어져 있다. 트리톤은 해왕성의 자전 방향과 반대 방향으로 궤도를 돌고 있다. 태양계의 주요 위성 중에서 이런 식으로 행성 주변을 도는 것은 트리톤이 유일하다. 트리톤은 6일마다 한 번씩 해왕성 주위를 원형궤도로 돈다. 영국의 아마추어 천문학자인 라셀이 1846년에 트리톤을 발견했다. 그는 해왕성이 발견된 지 17일 만에 트리톤을 발견했다.
트리톤은 한때 태양 주위를 운행하는 거대한 혜성이었을지도 모른다. 어떤 지점에서 해왕성의 중력은 혜성을 포획했고, 그 결과 해왕성의 위성이 되었다는 것이다. 수십 억 년이 흐른 뒤, 트리톤은 해왕성에 매우 가까워져서 해왕성의 중력 때문
에 산산이 조각나면서 아마도 얼음 고리를 만들 것이다.
보이저 2호는 트리톤에서 질소 기체와 먼지로 된, 간헐천 같은 분출을 관측했다. 이 분출은 트리톤의 표면 위 약 8km 까지 치솟았다. 트리톤의 표면 온도는 -223도씨 이다. 그러나 많은 과학자가 철소 기둥을 내뿜을 만큼 충분한 열에너지를 태양이 제공한다고 생각한다. 트리톤은 상대적으로 충돌크레이터가 거의 없다. 크레이터가 적은 이유는 얼음화산분출의 결과라고 여겨진다. 해왕성의 중력은 트리톤의 내부를 압축하고 가열한다. 이때 발생한 열이 얼음화산분줄을 일으켜서, 결국 위성의 표면이 매끈하게 되었을 것이다.
1949년에 독일 천문학자 카이퍼는 해왕성을 도는 두 번째 위성을 발견했다. 그 위성은 그리스 신화 속 바다 요정의 이름을 따서 네레이드라고 이름이 붙었다. 1989년에 보이저 2호는 해왕성의 최초 근접사진을 촬영했으며, 해왕성의 고리와 6개의 위성(데스피나, 갈라테아, 라리사, 나이아드, 프로테우스, 탈라사)을 추가로 발견했다. 2002년과 2003년에 지구에 설치 된 천체망원경으로 나머지 5개의 위성도 발견되었다. 해왕성의 고리 6개는 토성보다 훨씬 희미하고 어두우며, 먼지 입자로 이루어져 있다. 해왕성의 바깥쪽 고리는 태양계 안 다른 행성의 고리와 다르다. 해왕성을 연구한 영국 친문학자 이름을 따서 애덤스고리라고 부른다. 애덤스고리는 고리의 나머지 부분보다 밝고 밀도가 높은 5개의 굽은 부분이 있다. 과학자들은 고리 안에서 움직이는 소형 위성이 먼지를 불균일하게 일으키기 때문에 이러한 현상이 생긴다고 생각한다.

(3) 발견

해왕성은 망원경으로 발견하기 전에 수학적인 방법으로 먼저 발견되었다. 천문학자들은 가장 멀리 떨어진 행성이라고 믿었던 천왕성이 항상 예측한 위치에 있지는 않는다는 사실을 발견했다. 그래서 알려지지 않은 행성의 중력이 천왕성의 운동과 위치에 영향을 끼칠 것이라고 추측했다.
1843년에 영국의 천문학자이자 수학자인 애덤스는, 알려지지 않은 행성이 태양에서 천왕성보다 16억km 더 멀리 있다고 예측했다. 애덤스는 그 결과를 영국의 왕립 천문학자인 에어리에게 보냈으나 에어리는 망원경으로 찾아보지 않았다.
얼마 뒤에는 잘 알려지지 않은 프랑스의 젊은 수학자인 르베리에도 해왕성의 위치를 연구하기 시작하여, 1846년에 해왕성의 위치를 예측했다.
르베리에는 애덤스와 비슷한 예측 결과를 독일 베를린의 우라니아천문대에 보냈다. 이 천문대의 대장인 갈레는 이 행성이 있을 것이라고 예측되는 영역의 항성목록을 막 완성하려던 참이었다. 1846년 9월 23일에 갈레와 그의 조수인 어레스트는 르베리에가 예측한 지점 근처에서 해왕성을 발견했다. 오늘날에는 애덤스와 르 베리에 두 사람이 모두 이 발견에 공헌한 것으로 인정되고 있다.

다음 시간에는 지구와 바로 이웃하고 있는 화성에 대해 알아 보겠다.