천왕성이란?
천왕성은 태양계에서 일곱 번째 위치한 거대한 천체입니다.
해왕성과 유사한 모습을 하고 있어, 둘을 형제처럼 여기는 이들도 적지 않습니다. 메탄의 산란 작용으로 인해 태양 광선의 붉은 빛을 흡수하며 파란색을 띠게 되지만, 대기층의 구성 차이로 인해 색상의 농도에 변화가 생긴다는 연구 결과가 나와 있습니다.
지구의 63배에 달하는 부피를 자랑하고 무게도 지구의 15배에 이르는 거대한 행성이며, 목성형 행성이 가지는 고리와 큰 위성들의 특성을 모두 갖추고 있습니다. 주로 얼음으로 구성되어 있어 해왕성과 함께 '거대 얼음 행성'으로 분류되며, 밀도는 1.27로 토성에 이어 가벼운 편입니다.
천왕성의 겉보기 등급은 5.8로, 인간의 눈으로 볼 수 있는 한계에 가깝습니다. 망원경이 개발되기 전까지는 태양 주위를 도는 행성으로는 인식되지 못했습니다.
중심부는 얼음으로 되어 있고, 표면은 액체 메테인으로 이뤄져 있으며, 대기는 주로 수소와 헬륨으로 구성됩니다. 평균 기온은 -224℃에 이르며, 천왕성의 하루는 지구 시간으로 17시간 14분, 한 해는 84년에 해당합니다. 놀랍게도 이 거대한 행성의 중력은 지구의 88% 수준으로, 지구에서 100kg이었던 사람이 천왕성에 가면 88kg으로 느껴질 것입니다.
옆으로 누워 자전하고 낮보다 밤이 더 따뜻한 특이한 곳
우주에서 유독 특이한 자전 방식을 보이는 천왕성은, 다른 행성들과는 달리 마치 옆으로 누운 채로 회전한다는 점에서 독특하다. 지구의 회전축이 약 23.5도로 기울어져 있는 반면, 천왕성은 무려 97.77도의 경사를 가진다. 일반적인 행성들이 팽이처럼 안정적으로 회전하는 모습과 비교해, 천왕성은 마치 볼링공이 굴러가듯이 회전하는 모습을 보인다.
또한, 금성은 자전축이 177도로 거의 뒤집혀 있어 회전 방향이 다른 행성들과 정반대이며, 이 또한 태양계 내에서 희귀한 현상으로 꼽힌다. 자전축이 이처럼 크게 기울어진 이유에 대해서는 여러 가지 이론이 제시되고 있다. 행성 간의 충돌, 또는 질량이 큰 여러 행성들 사이의 중력적 영향 등이 그 원인으로 추측된다.
반면, 천왕성의 대기는 마치 하늘색과 민트색의 달콤한 사탕을 연상시키지만, 실제로는 강한 황화수소 냄새로 인해 매우 역겨운 냄새가 난다고 학자들은 예상한다. 자기장의 분포 역시 매우 독특하다. 지구나 목성, 토성 등은 자기장이 회전축과 거의 일치하지만, 천왕성과 해왕성에서는 자기장이 회전축과 크게 벗어난 위치에 있다.
천왕성의 질량이 지구의 15배에 달하긴 하지만, 행성 표면에서 느껴지는 중력은 0.9G로 오히려 지구보다 약간 낮다. 이는 천왕성의 직경이 지구보다 4배 이상 크지만, 비교적 질량이 가벼운 덕분이다. 찬 드라 X선 망원경을 통해 천왕성에서 X선이 방출되고 있음이 확인됐다. 이는 고리에서 발생한 X선이거나, 태양으로부터 반사된 X선일 가능성이 있다. 밤에 온도가 낮보다 높아지는 현상은 낮 시간 동안 자외선에 의해 분리되었던 수소 분자가 밤에 다시 결합하면서 발생하는 열 때문이다.
천왕성은 42년간 밤, 그리고 또 다른 42년간 낮이 지속되는 것처럼 오해할 수 있으나, 사실 이는 태양을 향해 극지방이 위치하는 경우에만 해당되는 현상이다. 춘분점 근처에서 적도가 태양을 마주 보는 시기에는, 하루의 절반은 밤, 나머지 절반은 낮이 된다. 천왕성의 회전축이 기울어져 있기 때문에, 북극권과 남극권에서 발생하는 백야 현상이 적도 부근까지 영향을 미친다고 생각하면 이해하기 쉽다.
이처럼 천왕성은 그 독특한 자전 방식과 자기장의 이례적인 분포, 그리고 표면 중력과 대기 조성에 이르기까지 여러 면에서 특이한 특성을 지니고 있다. 이러한 점들은 천왕성을 연구하는 과학자들에게 많은 호기심과 연구 동기를 제공한다. 우주의 신비로움을 탐구하는 이들에게 천왕성은 끊임없는 의문과 발견의 원천이 되고 있다.
천왕성의 이색적인 현상들은 우리에게 우주의 다양성과 복잡성을 다시 한번 일깨워준다. 태양계 내에서도 이렇듯 다채로운 현상이 발견되는데, 우주 전체로 시야를 넓히면 알려지지 않은 놀라운 사실들이 더욱 많을 것이라는 점은 분명하다. 천왕성과 같은 행성의 연구는 우리가 우주에 대해 알고 있는 지식을 확장시키고, 결국 인류에게 새로운 가능성을 탐색할 기회를 제공한다.
천왕성도 토성과 같이 고리를 갖고 있다.
태양계 내에서 토성에 이어 규모가 크며, 붉은색과 푸른색으로 이루어진 화려한 고리를 자랑하는 행성임에도 불구하고, 그 반사율이 매우 낮고, 지구로부터의 거리가 멀어 맨눈으로 보기 어렵습니다.
이 행성의 고리가 포착된 사진은 주로 보이저 2호와 허블 우주 망원경을 통해 얻어졌는데, 심지어 허블 망원경으로 촬영된 이미지들은 색상을 과장하여 처리하기도 했습니다. 일반적으로 보이는 이미지에서는 고리가 연한 회색조로 나타나며, 13개의 고리 중 가장 눈에 띄는 엡실론 고리는 전체 밝기의 약 2/3을 차지합니다. 이 고리들의 존재는 시각적인 자료에서 종종 강조되어 그려지곤 하지만, 실제로는 푸른색의 외부 고리와 붉은색의 내부 고리가 있음에도 이 행성의 궤도가 어두워 색상이 뚜렷이 보이지 않습니다.
목성이나 해왕성의 고리가 먼지로 이루어져 있는 것과 달리, 천왕성의 고리는 먼지가 거의 없음에도 불구하고 낮은 반사율을 보이는데, 이는 얼음 속에 유기화합물이 혼합되어 있을 가능성을 시사합니다.
엡실론 고리의 발견자로 알려진 윌리엄 허셜은 1789년 2월 22일에 자신의 연구 노트에 이 고리의 크기와 지구에서 바라본 각도, 그리고 붉은 색상을 기록했으며 이를 왕립학회에 보고했습니다. 그러나 당시 다른 연구자들이 이 고리를 발견할 수 없었기 때문에, 허셜의 발견은 200년 가까이 인정받지 못했습니다. 그럼에도 불구하고, 그가 기록한 고리의 색상과 각도는 실제와 일치하는 것으로 밝혀졌습니다.
맨눈으로도 보이는 천왕성
천왕성은 앞서 언급한 바와 같이 맨눈으로도 식별 가능하다. 약 5~6등급의 밝기를 지니고 있어, 어두운 환경에서는 맨눈으로 겨우 확인할 수 있다. 쌍안경을 활용하면 도심 속에서도 탐색이 가능하다. 주목할 점은, 이 글이 서구 중심으로 기술되었음에도 불구하고, 힌두교 경전 마하바라타에서 'shwet'라는 단어가 천왕성을 의미할 수 있다는 추측이 있어, 인도에서도 오래전부터 천왕성의 존재를 알고 있었을 가능성이 있다는 것이다.
천왕성을 발견하고자 한다면, 어두운 곳에서 태양계의 황도를 따라 탐색하면 됩니다. 황도 상에서 평소 별자리에는 나타나지 않는 희미한 별을 찾게 되면, 그것이 바로 천왕성일 것이다. 그러나 천왕성이 1781년에야 처음 발견된 것은, 다른 밝은 행성들과 달리 상대적으로 어둡게 보여 잘 눈에 띄지 않았고, 천체가 하늘에서 이동하는 속도가 매우 느린 탓이다. 특히 관측에 최적의 시기에는 역행 운동을 하며 더욱더 느리게 움직인다.
더불어, 천체 관측을 취미로 삼는 이들 사이에서 천왕성은 그다지 인기가 없다고 알려져 있다. 목성과 토성이 각각 위성 관측과 인상적인 고리로 관심을 끌고, 해왕성이 활발한 기상 현상으로 주목받는 반면, 천왕성은 망원경으로 관측했을 때 두드러진 특징이 없어 상대적으로 관심이 적은 편이다.