맨눈으로 볼 수 없는데 어떻게 발견하게 된 걸까?
시대가 발전하기 이전, 우리가 망원경이라는 발명품을 갖지 못했던 시절에는 해왕성에 관한 기록이 전무했습니다. 그럼에도 불구하고 17세기에 갈릴레오 갈릴레이가 우연히 해왕성을 발견한 사례가 있습니다. 그는 목성을 연구하는 과정에서 우연히 배경에 작은 점을 기록했는데, 이것이 바로 해왕성이었습니다. 당시에는 이를 별로 여겼기 때문에, 갈릴레이의 발견이 인정받지는 못했습니다. 하지만 2009년, 호주 멜버른 대학의 데이비드 제이미슨 교수가 갈릴레이의 기록 속에서 해왕성을 발견했다고 주장하며 화제가 되었습니다.
그러나 일반적으로 인정받는 발견의 역사는 1846년으로 거슬러 올라갑니다. 프랑스의 수학자 위르뱅 르베리에가 수학적 계산을 기반으로 해왕성의 존재를 예측했고, 이후 독일의 천문학자 요한 고트프리트 갈레와 헨리크 다레스트가 실제로 해왕성을 관측에 성공했습니다. 이는 천왕성의 궤도를 관측하고 그 변동을 분석함으로써, 그 궤도를 방해하는 또 다른 천체의 존재를 수학적으로 예측한 것이었습니다. 르베리에는 천왕성의 궤도를 방해하는 미지의 행성의 위치를 계산했고, 갈레는 르베리에의 예측이 맞았음을 확인하며 해왕성을 발견했습니다.
이 발견 이후 르베리에는 수성의 궤도 이상을 설명하기 위해 또 다른 미지의 천체의 존재를 가정했으며, 이는 나중에 일반 상대성 이론으로 설명됩니다. 이 이야기는 과학적 발견 과정에서 이루어지는 최적의 추론 과정을 보여주는 대표적인 사례로 자주 언급됩니다.
천왕성 탐사는 어디까지 이뤄졌는가?
보이저 2호는 태양계에서 가장 외진 곳을 방문한 유일한 탐사선으로 기록되어 있다. 이곳까지의 통신 시간은 편도에만 4시간(246분)이 소요되며, 왕복으로는 8시간이 걸리는 먼 거리에 위치해 있어 탐사 작업이 매우 어려운 상황이다. 이러한 이유로 해왕성에 관한 정보는 매우 제한적이며, 실제로 과학 관련 서적에서도 해왕성보다는 그 위성인 트리톤에 대한 내용이 더 상세히 기술되어 있다. NASA는 SLS 로켓의 성공적인 발사 이후 천왕성으로 바로 갈 수 있는 탐사선을 보낼 계획을 가지고 있으며, 이 결과를 바탕으로 해왕성 탐사 계획도 고려하고 있다.
그러나 디스커버리 프로그램의 15번째와 16번째 미션으로 금성 대기 탐사선 DAVINCI+와 궤도선 VERITAS가 선정되면서, 해왕성 탐사(트라이던트 계획)는 뒤로 밀렸다.현재까지 NASA, ESA를 포함한 어떤 우주 기관에서도 해왕성 탐사 계획을 확정 짓지 않았다. 이는 해왕성까지의 거리가 매우 멀어 목성의 스윙바이 기술 지원이 필수적이기 때문이다. 목성을 이용한 스윙바이는 해왕성까지의 여행 기간을 13년으로 단축시키지만, 이 기회는 12년마다 한 번씩만 오는데, 가장 최근 기회가 2019년이었으므로 다음은 2031년이 될 것이다.
NASA의 보고서에 따르면, 해왕성 탐사선을 구축하고 발사하는 가장 좋은 시기는 2031년에서 2032년 사이로 예상된다. 스윙바이 기술 없이는 16년이 걸리지만, 이를 활용하면 12년으로 단축되며, 탐사선이 더 빨리 도착할수록 탐사 기간도 그만큼 늘어난다.
중국 역시 탐사선 발사 계획을 가지고 있으며, 2024년과 2026년에 각각 IHP 1호와 2호를 발사할 예정이다. 특히 IHP 2호는 해왕성 근접 비행을 목표로 하고 있다.
해왕성의 환경
해왕성은 천왕성보다 약간 작은 크기를 가지고 있지만, 무게는 더 나가며(천왕성은 지구의 14배, 해왕성은 지구의 17배 무게), 그만큼 중력의 힘도 강하다. 이 행성은 태양계 내에서 지름 기준으로 네 번째로 큰 행성이며, 무게로는 세 번째로 무겁다. 또한, 태양계 내 가스 거인들 중에서 가장 높은 밀도와 대기압을 자랑한다. 해왕성의 특유의 진한 푸른색은 천왕성보다 더 많은 메탄의 비율 때문에 나타난다. 이 푸른색과 거대한 폭풍으로 인해 환상적인 풍경을 자아낸다.
해왕성의 표면 상태는 확실하지 않지만, 고체, 액체, 기체가 혼합된 메탄으로 이루어진 슬러시 같은 바다가 끝없이 펼쳐져 있을 것으로 보인다. 이 행성의 대기는 지구보다 대략 1,000배 더 높은 압력을 가지며, 매우 활동적이다. 태양으로부터 멀리 떨어져 있고, 빛이 관통하기 어려운 두터운 대기층 때문에, 대기 아래는 거의 완전한 어둠이다. 이 어둠 속에서는 거대한 메탄 바다가 폭풍과 번개와 함께 맹렬히 요동친다.
이 행성의 기후는 매우 활발한 기상 활동을 보인다. 지구에서는 기체 상태였던 다양한 요소들이 해왕성에서는 액체나 고체로 변하며, 행성의 평균 온도와 대기 성분 등으로 인해 실질적으로 상륙 가능한 지면이 존재하지 않는다. 만약 실제로 도달해 대기와 접촉한다면, 엄청난 압력과 바람, 온도 때문에 순식간에 분해될 것이다.
또한, 해왕성 내부에서는 물이 존재할 가능성도 제기되었다. 최근 연구에 따르면, 내부 핵은 고온과 고압 아래에서 액체 상태의 다이아몬드로 이루어져 있을 가능성이 있다고 한다. 만약 탐사선이 내부에 도달한다면, 액체 다이아몬드로 이루어진 바다에서 거대한 다이아몬드 덩어리들을 발견할 수 있을 것이다.
태양계에서 가장 멀리 떨어진 이 행성의 구름층 상부 온도는 섭씨 -218도에 달하는 반면, 열권의 온도는 477도까지 오른다. 내부 핵의 온도는 섭씨 약 5,100도로 추정되며, 28도 정도 기울어진 자전축 덕분에 계절 변화도 겪는다.