해왕성 : 태양에서 가장 멀리 떨어진 행성

해왕성(Neptune)은 태양계의 여덟 번째 행성이며, 태양계 행성 중 가장 바깥쪽을 공전하고 있습니다. 지름은 4번째, 질량은 3번째로 크며, 지구의 17배에 달하는 질량을 가지고 있으며, 태양계 가스 행성 중 가장 밀도가 높습니다. 해왕성은 조성이 비슷하고 지름이 다소 큰 천왕성의 질량보다 약간 크며, 164.8년에 걸쳐 공전하고 있으며, 태양으로부터 평균 30.1au(약 45억 ㎞)의 거리를 두고 있습니다. 이름은 로마 신화에 나오는 바다의 신 넵투누스(Neptune)에서 따온 것입니다. 

 

물, 메탄, 암모니아 등 '얼음'의 비율이 높지만, 목성이나 토성과 마찬가지로 해왕성의 대기는 주로 수소와 헬륨, 그리고 미량의 탄화수소와 질소로 구성되어 있습니다. 그러나 천왕성과 마찬가지로 그 내부는 얼음과 암석으로 구성되어 있습니다. 그래서 보통 천왕성과 해왕성은 목성, 토성과의 차이를 강조하여 천왕성형 행성(거대 얼음 행성)으로 간주됩니다. 해왕성의 푸른색 외관은 가장 바깥쪽 영역에 존재하는 미량의 메탄에 의해 생성된 것으로 알려져 있습니다. 

 

안개가 자욱하고 상대적으로 특징이 없는 천왕성의 대기와는 달리, 해왕성의 대기는 활발하고 뚜렷한 변화를 보이는 기후를 가지고 있습니다. 예를 들어, 1989년 보이저 2호가 플라이바이를 할 당시 남반구에는 목성의 대적점과 유사한 대암반이라고 불리는 패턴이 존재합니다. 이러한 기상 패턴은 태양계 어느 행성보다 강한 지속적 바람에 의해 발생하며, 관측된 풍속은 최대 2100/㎞/h(580 m/s)에 달합니다. 태양으로부터의 먼 거리로 인해 해왕성 바깥쪽 대기는 태양계에서 가장 온도가 낮은 곳 중 하나이며, 구름 꼭대기의 온도는 55K(218 ºC)에 가깝고 행성 중 심부의 온도는 약 5400K(약 5100 ºC)로 추정됩니다. 해왕성은 희미하고 단편적인 고리를 가지고 있습니다. 이 고리는 1984년에 발견되었고, 이후 보이저 2호의 관측으로 확인되었습니다. 

 

해왕성의 발견

망원경을 통해 기록된 최초의 관측 기록 중 하나인 1612년 12월 28일과 1613년 1월 27일에 갈릴레오 갈릴레이가 그린 그림에는 해왕성의 위치한 지점이 표시되어 있습니다. 그러나 두 경우 모두 갈릴레오는 해왕성을 합을 일으키는 목성 근처에 있는 항성으로 잘못 인식한 것으로 알려져 있습니다. 따라서 갈릴레오는 해왕성을 발견한 것으로 간주되지 않습니다. 그가 처음 관측한 1612년 12월경에는 해왕성이 막 역행하기 시작했고, 겉으로 보이는 움직임이 작았기 때문에 갈릴레오의 소형 망원경으로는 감지할 수 없었던 것으로 추정됩니다. 그러나 2009년 7월, 멜버른 대학의 물리학자 데이비드 제이미슨은 적어도 갈릴레오가 관측한 '별'이 배경 별에 대해 상대적으로 움직이는 것을 인지하고 있었음을 시사하는 새로운 증거를 발표했습니다. 

 

발견의 명명

발견 직후 해왕성은 단순히 '천왕성의 바깥쪽 행성' 또는 '루베리에의 행성'으로 불렸습니다. 처음 제안된 명칭은 갈레가 제안한 '야누스(Janus)'였습니다. 영국에서는 찰리스가 부여한 '오케아노스(Oceanus)'라는 명칭이 사용되었습니다. 

르베리에는 자신이 발견한 행성에 이름을 부여할 권리를 주장하며 곧바로 이 새로운 행성에 Neptune이라는 이름을 제안했지만, 프랑스 경도국에 의해 정식으로 승인되었다는 잘못된 내용을 언급했습니다. 

천문학자 프리드리히 폰 슈트루베는 1846년 12월 29일 제국 상트 페테르부르크 과학 아카데미에서 Neptune이라는 명칭을 지지한다고 밝혔습니다. 그 후 얼마 지나지 않아 Neptune이라는 명칭은 국제적으로 받아들여지게 되었습니다. 로마 신화에서 이름의 유래가 된 넵투누스는 그리스 신화의 포세이돈과 동일시되는 바다의 신입니다. 이 신화에 기반한 명명 제안은 행성 명명법과 일치하며, 지구를 제외한 모든 행성은 그리스와 로마 신화에 나오는 신들의 이름을 따서 명명되었습니다. 

 

물리적 특성

해왕성의 질량은 1.0243×1026㎏으로 지구의 17배, 목성의 19분의 1에 해당하며, 지구와 더 큰 거대 가스 행성의 중간 크기입니다. 기압 1bar에서의 중력 가속도는 11.15m/s2로 지구의 1.14배에 해당하며, 이는 태양계 행성 중 목성 다음으로 큰 값입니다. 적도 반경은 지구의 약 4배인 24,764㎞입니다. 해왕성은 천왕성과 비슷하고 목성이나 토성보다 작으며, 함유된 휘발성 물질의 농도가 높아 목성형 행성의 하위 클래스인 천왕성형 행성으로 분류됩니다. 외계 행성 탐사에서 영어 이름 'Neptune'은 은유적으로 사용됩니다. 과학자들은 태양계 밖에서 발견된 다양한 천체를 'Jupiters'라고 부르는 것처럼, 해왕성과 동등한 질량을 가진 천체는 종종 'Neptunes'라고 불립니다.

 

내부구조와 대기

해왕성의 내부 구조는 천왕성과 비슷합니다. 해왕성의 대기는 전체 질량의 5~10%를 차지하며, 대기권의 두께는 핵을 향해 전체 반경의 10~20%까지 퍼져 있는 것으로 추정됩니다. 대기권 최하층의 대기압은 약 10 GPa, 즉 지구 대기압의 약 10만 배에 달합니다. 대기권 하층에 가까워질수록 메탄, 암모니아, 물의 농도가 증가합니다.

해왕성의 상층 대기에는 수소가 80%, 헬륨이 19%, 그리고 미량의 메탄이 포함되어 있습니다. 눈에 띄는 메탄의 흡수대는 스펙트럼의 적색 및 적외선 부분에서 600nm 이상의 파장을 나타내는 부분에 존재합니다. 천왕성의 온화한 청록색과 해왕성의 선명한 아쥬르 색과는 차이가 있지만, 천왕성과 마찬가지로 대기에 포함된 메탄에 의한 적색광의 흡수로 인해 푸른빛을 띠고 있습니다. 그러나 대기에 포함된 메탄의 함량은 천왕성과 비슷하기 때문에 천왕성에 비해 더 푸른색을 띠는 이유는 알려지지 않는 몇 가지 화합물 때문인 것으로 추정됩니다. 

 

해왕성의 고리

해왕성에도 고리가 있지만 토성의 고리에 비해 훨씬 미미합니다. 고리는 규산염 또는 탄소 기반 물질로 덮인 얼음 입자로 구성된 것으로 생각됩니다. 해왕성 중심으로부터 63,000㎞ 떨어진 좁은 고리는 아담스 고리, 53,000㎞ 떨어진 고리는 루베리에 고리, 42,000㎞ 떨어진 곳에 있는 넓고 얇은 고리는 갈레 고리라고 불립니다. 루베리에 고리 바깥쪽의 얇은 고리는 러셀 고리라고 불리며, 외곽은 해왕성 중심에서 57,000㎞ 떨어진 곳에 있는 아라고 고리로 둘러싸여 있습니다. 아담스 고리 바깥쪽에는 이름이 없는 옅은 여섯 번째ㅣ 고리가 있습니다.