해왕성에 대해서

 

해왕성은 명왕성이 행성 분류에서 제외된 이후 태양계의 마지막 행성으로 인정되고 있는 8번째 행성이다.

이름은 그리스 신화의 바다의 신 포세이돈에서 유래했다. 해왕성도 포세이돈을 중국에서 번역한 걸 한자 문화권에서 그대로 가져다 쓰는 것이다.

천왕성과 닮은 점이 많은 행성인데, 먼저 반지름이 천왕성보다 지구 지름의 1/5만큼 작은 정도로 거의 비슷한 크기이며, 대기에 포함된 메탄에 의해 푸른색으로 보이는 것도 비슷하다.

목성의 대적반처럼 표면에 대흑점이 있는데, 지구 지름 정도의 크기로 상당히 크다. 짙은 푸른색 빛이 인상적이라 그런지, 뚜렷한 고리가 있는 토성과 더불어 인기가 꽤 있는 행성이다.

발견자에 대해서는 논란이 있는데, 공교롭게도 영국-대륙 구도가 이어졌던 미적분학 논쟁과 비슷한 구도였지만, 해왕성 발견 건에서는 영국 쪽이 일찍 포기했다. 따라서 공식적인 발견자는 정밀하게 위치를 계산한 프랑스 수학자 위르뱅 장 조제프 르베리에, 그리고 이 자료를 토대로 1846년 9월 23일 밤과 24일 새벽 사이에 관측에 성공한 독일인 요한 고트프리트 갈레(1812~1910)와 하인리히 루트비히 다레스트(Heinrich Ludwig d'Arrest. 1822~1875) 3명이 인정 받았다.

영국에서는 이들보다 이전에 영국 수학자 메리 서머빌이 천왕성의 궤도를 방해하는 가상의 행성에 관한 논문을 써서 해왕성의 존재를 추정하였으나 추론에 그쳤고, 서머빌의 추론을 바탕으로 존 쿠치 애덤스가 르베리에와 거의 같은 시기에 해왕성의 위치를 계산해냈으나, 애덤스가 워낙 간단하게 정리된 결과물만을 보내는 바람에 케임브리지 천문대의 천문학자들이 설명을 못 알아듣고 애덤스에게 해설을 요구하는 사이 관측의 영광은 날아가고 말았다. 영국에서는 이 때문에 발끈하여 프랑스 학계에 키배를 걸려 들었지만, 당사자인 애덤스가 '알아먹지 못하게 설명한 나의 잘못'이라며 르베리에와 갈레의 공을 추켜세워서 상황이다.

맨눈으로는 볼 수 없는 행성이기 때문에 근대에 망원경이 발명되기 전까지 해왕성에 대한 기록은 없다. 다만 재미있게도 갈릴레오 갈릴레이는 이미 17세기에 최초로 해왕성을 관측한 적이 있다. 목성을 조사하면서 배경에 별 하나를 그려 놓았는데 이것이 바로 해왕성이었던 것. 물론 그가 당시 해왕성을 행성이 아닌 다른 항성으로 착각했기 때문에 발견으로 인정 받지는 않는다. 그런데 2009년에 호주 멜버른 대학의 데이비드 제이미슨 교수가 갈릴레이의 자료에서 해왕성을 인지했다고 주장해 논란이 되고 있다.

 

하지만 현재까지의 정설은 1846년 프랑스의 수학자 위르뱅 르베리에의 공식을 바탕으로 독일 천문학자인 요한 고트프리트 갈레와 헨리크 다레스트에 의해 발견되었다는 것이다. 천왕성이 우연적으로 발견된 것과는 달리, 해왕성은 정밀한 과학적 계산을 통해 발견된 첫 행성이고, 현재까지 마지막 행성이기도 하다. 르베리에는 관측된 천왕성의 궤도와 뉴턴 역학으로 유도해 낸 천왕성의 궤도 사이에 존재하는 작은 차이를 두고 천왕성의 궤도에 간섭하는 미지의 행성이 존재할 것이라는 생각에 따라, 그 행성이 있을 법한 궤도를 오로지 펜 끝으로만 계산해 냈다. 1846년 8월 31일에 그는 미지의 행성이 천왕성에 미치는 중력 섭동을 계산하여 마침내 해왕성의 예상 위치를 최종적으로 계산했고, 이 결과를 얼마 후 편지로 받은 갈레는 관측을 시작한 바로 그날 밤에 르베리에가 예측한 위치의 불과 1도 거리에서 해왕성 발견에 성공한다. 이후 르베리에는 1859년에는 역시 당시의 뉴턴 역학만으로는 완전히 설명할 수 없었던 수성의 세차운동을 두고 미지의 천체가 있을 것이라는 가설을 제창하기도 했는데, 이는 훗날 에딩턴이 일반 상대성 이론으로 설명하게 된다.

이 일화는 최선의 설명이 되는 추론의 예시로서 많이 제시되기도 한다.

천왕성보다 크기는 약간 작지만 질량은 더 크며(천왕성: 지구의 14배, 해왕성: 지구의 17배), 중력도 그만큼 더 강하다. 해왕성은 태양계의 행성 중 지름으로 따지면 4번째로 크며, 질량으로 따지면 태양계 3위이다. 그리고 밀도와 대기압이 태양계의 가스 행성 가운데 가장 높다. 색도 천왕성에 비해 훨씬 더 진한 푸른색. 이는 해왕성의 대기 중 메탄의 함량이 천왕성에 비해 좀 더 높기 때문이다. 푸른색과 대흑점 때문에 매우 아름답다.

행성 표면이 어떤지는 불명이지만 고체와 액체와 기체의 형태가 서로 뒤섞인 슬러시 형태의 메탄으로 이뤄진 바다가 끝없이 펼쳐져 있을 것이라 예상되며, 대기와 표면 성분 특성상 상륙 여부도 불분명하다. 또한 지구보다 대기압이 약 1,000배 가량 높고 역동적인 대기를 갖고 있다. 태양으로부터의 거리도 매우 멀고, 불투명한 대기가 매우 두껍게 펼쳐져 있기에 대기층 아래는 햇빛과 별빛을 전혀 관측할 수 없는 완벽에 가까운 암흑일 것으로 보이며, 그 속에서 거대하게 출렁이는 메탄 바다가 펼쳐진 망망대해 속에 초속 수백 미터 이상의 태풍과 번개가 끊임없이 쳐대고, 고체와 액체와 기체가 마구 뒤섞인 두꺼운 대기로 인해 수심 10,000m에 필적하는 무지막지한 압력이 사방에서 짓누르는 끔찍한 환경이라는 점을 예상할 수 있다. 달리 말하면 그래도 그나마 기상 활동이 매우 활발하다는 이야기가 된다. 게다가 지구에서는 기체로 있던 물체들이 이곳에서는 수소나 헬륨을 제외한 거의 모든 기체들이 액화되거나 얼어붙으며, 평균 온도와 대기, 행성 표면의 성분 특성 등 여러 가지 요인이 겹쳐 상륙할 육지 따윈 사실상 없다. 물론 실제로 도달한다고 가정하면 대기와의 마찰열이 생길 수 있어 고체나 액체로 된 대기와 표면이 기화할 가능성이 높아 상륙이나 항해는 고사하고 대기에 근접하는 순간 무지막지한 압력과 풍속, 온도로 인해 순식간에 얼어붙는 동시에 가루가 되며 갈려나갈 것이다. 게다가 행성의 특성상 강력한 방사능도 추가된다.

한편, 일각에서는 물이 존재할 가능성도 있다고도 한다. 다만 데이터가 워낙 모자라다 보니 이게 얼음으로 존재하는지, 물로 존재하는지, 플라즈마로 존재하는지 모른다는 것뿐. 최근의 연구로 내핵이 액화된 다이아몬드로 존재한다는 연구 발표가 나왔다. 내부로 들어갈수록 물질의 전환은 없이 온도와 압력만 높아지므로, 내핵에 포함된 탄소 성분이 고온-고압의 환경에서 대량의 다이아몬드를 생성할 수도 있다는 것. 즉 탐사선이 만일 내핵에 도착했다면, 그곳에서 액화된 다이아몬드의 거대한 바다 속에 둥둥 떠다니는, 남극 빙산보다도 더 거대한 다이아몬드 덩어리를 볼 수 있을 것이다.

그리고 태양에서 가장 먼 행성답게 두꺼운 구름층 상부 온도가 섭씨 -218도(55 K)에 달한다. 다만 해왕성도 열권은 477도(750K)까지 올라간다. 내핵의 온도는 섭씨 약 5,100도 정도로 예측되며, 자전축도 28도 가량 기울어져 계절의 변화도 일어난다.

또한 압도적으로 수가 많은 목성 트로이군만큼은 아니지만, 2020년 6월 15일 기준으로 태양계에서 2번째로 많은 28개의 해왕성 트로이군을 거느리고 있기도 하다. 목성보다 6배 가량 멀리 있어 관측이 힘들고 후행하는 L5 지점이 은하 중심부하고 겹쳐 관측된 트로이 천체가 28개 중 4개밖에 없다는 점을 고려하면 실질적인 수는 목성 트로이군과 비슷할 수도 있다.

해왕성의 기온이 점차 올라야 할 여름철에 오히려 떨어지다 급등하는 기이한 현상을 보인 것으로 나타났다. 현재는 설명이 불가능한 것으로 나타났다.

현재까지 오직 보이저 2호만이 유일하게 방문한 태양계의 불모지이다. 탐사가 힘든 것은 지구에서 교신 및 명령을 할 때 편도로만 무려 4시간(246분), 왕복 8시간이 걸리는 거리이기 때문이다. 때문에 극단적으로 데이터가 부족해서 과학 전문 서적에도 해왕성에 대한 정보는 거의 없다시피 하며, 오히려 해왕성의 위성인 트리톤에 대해 더 자세히 나와 있는 편이다. NASA에서는 SLS 로켓이 데뷔하면 천왕성에다 다이렉트 비행으로 탐사선을 보내고, 그 결과에 따라 해왕성 탐사도 진행해보겠다는 야망에 불타있으나, 디스커버리 프로그램 미션 15, 16 공모전에서 대기했던 트라이던트가 있었다. 탐사 계획.

하지만 금성 대기 탐사선 DAVINCI+와 금성 궤도선 VERITAS가 디스커버리 프로그램의 15, 16번째 미션으로 선정되면서 해왕성 탐사(트라이던트 계획)는 다시 물 건너갔다. NASA, ESA를 포함해 세계 어느 우주국에서도 아직까지는 해왕성 탐사 계획이 없다. 무엇보다도 지구에서 해왕성까지의 거리가 너무 멀기 때문에 목성 스윙바이 지원이 거의 필수적인 상황이다. 목성에서 스윙바이를 하더라도 해왕성까지 13년의 시간이 걸린다. 목성 스윙바이가 가능한 최적의 궤도가 12년 주기로 찾아오는데, 최근이 2019년이었으니 다음 주기는 2031년에 시작된다. NASA의 해왕성 탐사 보고서에 따르면, 해왕성 탐사선을 만들고 보내려면 2031~2032년 발사가 적기라고 보고 있다.

2014년 8월 25일에 NASA의 뉴 호라이즌스가 해왕성의 궤도를 통과했다. 덤으로 이 날은 보이저 2호가 해왕성 옆을 지나간 지 딱 25년째가 되는 날이다.

다만 현재까지 연구한 바로는 해왕성은 천왕성보다 더 활동적이며, 태양으로부터 받는 에너지를 반사하는 능력도 천왕성보다 더 좋다고 한다. 그래서 그런지 "목성형 행성"과 "지구형 행성"으로 이원화된 분류를 좀 더 세분화할 때는 "해왕성형 행성"이라는 표현을 사용하기도 하며 덩치가 크다. 

보이저 2호의 탐사로 대흑반이 발견되었다. 현재로선 데이터 부족으로 생성 원인을 알 수 없다. 1994년에 허블 우주 망원경으로 관찰을 시도했으나 완전히 소멸된 후였지만, 나중에 북반구에서 새로운 흑반(소흑반)이 발견되었다. 측정 풍속이 약 2,400km/h(666.6m/s)라고 하니 굉장하다는 말밖에는 할 말이 없다. 참고로 2003년 한반도를 쑥대밭으로 만들었던 태풍 매미의 최대 풍속이 약 195km/h(54.1m/s)였다. 12배 차이다