태양계의 막내 외딴곳에 있는 해왕성

태양계의 마지막 행성인 해왕성은 놀라운 기록이 있습니다. 우선 태양까지의 평균 거리가 45억km나 됩니다. 태양 주변을 한 바퀴 공전하는 데 약 165년이라는 시간이 걸립니다. 해왕성은 외행성계 행성 중 가장 작습니다. 또한 모든 행성 중 가장 추운 곳으로, 대기 상공 온도가 영하 220도까지 내려가기도 합니다. 바람이 가장 강한 곳이기도 해 시속 2,100km의 초강풍이 불고 있습니다. 해왕성의 대기와 바람, 자전축 기울기, 내부 열원은 상호작용을 해 뚜렷한 계절과 강한 폭풍을 만들어 냅니다. 해왕성은 다른 거대 기체 행성과 비슷하면서도 독특한 내부 구조를 가지고 있습니다. 암석질의 중심핵을 물과 암모니아가 혼합된 얼음 맨틀이 덮고 있습니다. 이 얼음층 위에는 수소, 헬륨, 메테인으로 이루어진 하층 대기가 있고, 그 바깥은 얼음 입자가 포함된 상층 대기가 둘러싸고 있습니다. 천문학자들은 해왕성과 천왕성을 묶어 거대 얼음 행성이라 부르기도 합니다. 두 행성의 얼음 함량이 압도적으로 높기 때문입니다. 해왕성은 다른 행성들과 마찬가지로 약 45억 년 전에 형성된 것으로 보입니다. 초기에는 태양 가까이에서 공전했으나 행성들이 자리를 잡고 궤도에 안착하는 과정에서 지금의 위치로 밀려났다는 가설도 있습니다. 해왕성은 16개의 위성을 거느리고 있습니다. 그중 14개는 그리스 신화에 등장하는 물의 신과 정령의 이름을 따서 명명되었고, 나머지 두 위성의 이름은 정해지지 않았습니다. 해왕성의 위성은 해왕성과 함께 탄생한 것이 아니라 나중에 해왕성의 중력에 이끌려 생겨난 것일 확률이 높습니다. 가장 큰 위성인 트리톤은 역행 궤도를 따라 해왕성을 공전합니다. 해왕성의 자전과 반대 방향으로 운동한다는 뜻입니다. 이것은 트리톤이 해왕성과 함께 형성되지 않았고, 나중에 끌려온 위성이라는 단서입니다. 해왕성은 목성, 토성, 천왕성 등 다른 외행성계 행성과 마찬가지로 고리를 가지고 있습니다. 그러나 토성처럼 화려하지는 않습니다. 해왕성 고리의 구성 성분에 대해선 아직 알려진 바가 없지만, 규산염이나 탄소 화합물이 낀 얼음 입자일 것으로 추정하고 있습니다. 해왕성의 고리는 점점 희미해져 사라지는 것처럼 보이는데, 그 이유에 대해서는 천문학계의 분석과 논의가 계속되고 있습니다. 트리톤은 지름이 2,700km에 달하는 큰 위성입니다. 1846년에 영국의 천문학자 윌리엄 라셀이 발견했고, 1989년에 보이저 2호가 해왕성 주변을 탐사하며 트리톤 정밀 사진을 촬영했습니다. 당시 사진은 질소와 물, 메테인 얼음으로 이루어진 트리톤의 얼룩덜룩한 표면을 보여줍니다. 트리톤 표면은 대부분 캔털루프 지형으로 이루어져 있습니다. 캔털루프 멜론의 껍질처럼 생겼다고 해서 붙여진 이름입니다. 트리톤 중심부에는 암석과 금속으로 이루어진 핵이 있습니다. 트리톤의 가장 흥미로운 점은 내부 지각 활동으로 질소 간헐천이 있다는 사실입니다. 간헐천은 최대 약 8km까지 분출하며 트리톤이 지질학적으로 활발히 활동하고 있음을 보여줍니다. 지금까지 해왕성에 접근 우주선은 한 대뿐입니다. 1989년 8월 말, 보이저 트리톤의 사진을 찍어 지구에 전송하고 자기장의 크기를 조사했습니다. 이상하게도 해왕성의 자기장은 자전축에서 크게 기울어져 있었습니다. 보이저 2호는 지구에서 관측할 수 없던 위성들과 고리도 발견했습니다. 보이저 2호 덕분에 해왕성 북반구의 고기압성 폭풍 대 흑점, 남반구의 저기압성 폭풍 소 흑점, 두 거대 폭풍 사이에 있는 밝은 흰색 구름 스쿠터 등을 포착할 수 있었습니다. 지금까지 해왕성에 대해 알려진 사실은 대부분 보이저호와 지상 천문대, 허블 우주망원경으로 관측한 것입니다. 해왕성에 관한 새로운 탐사 계획은 아직  가까운 미래에 태양계의 가장 외곽 행성에 로봇 탐사선을 보내면 많은 것을 알게 될 것입니다. 해왕성의 관측과 발견을 이야기하면서 위르뱅 르베리에와 존 쿠치 애덤스를 빼놓을 수는 없습니다. 사실 해왕성은 갈릴레오 갈릴레이가 처음 관측한 것으로 보이는데, 그는 해왕성을 행성이 아닌 항성이라고 여겼습니다. 이후 다른 천문학자들도 맨눈으로는 제대로 관측하기 어려운 이 멀고 희미한 천체를 행성이라고 생각하지 못했습니다. 1840년대에 학자들은 천왕성의 궤도를 관측하고 계산했습니다. 몇몇 학자들은 천왕성 궤도의 평형 상태가 흔들리는 것은 다른 행성의 중력에 영향받기 때문이라고 보았습니다. 1846년 프랑스의 수학자이자 천문학자 르베리에는 천왕성 외부 행성의 존재 가능성을 보여주는 연구를 발표했습니다. 수학적 계산만으로 당시 잘 보이지도 않던 새로운 행성의 존재를 예측한 것입니다. 비슷한 시기에 영국의 수학자 존 쿠치 애덤스도 새로운 행성이 있을 것이라는 연구 결과를 발표했습니다. 1846년 9월 23일, 르베리에의 편지를 받은 베를린 천문대의 요한 고트프리트 갈레는 염소자리와 물병자리 사이, 르베리에의 계산에서 단 1도가량 벗어난 지점에서 해왕성을 발견했습니다. 프랑스와 영국은 르베리에와 애덤스 중 누가 먼저 해왕성을 발견했는지 논쟁을  둘의 공로로 인정했습니다. 보이저 2호는 해왕성에서 대 흑점을 발견한 것입니다. 마치 목성에 붉은 거대 폭풍인 대적점이 존재하듯, 해왕성에도 그것에 대응하는 강력한 대기 현상이 있었던 것입니다. 1994년 허블 우주망원경이 지구 저궤도에서 해왕성을 관측했을 당시에는 이미 사라진 상태였습니다.