해왕성
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1. 개요
海王星 / Neptune
'''해왕성'''은 명왕성이 행성 분류에서 제외된 이후 태양계의 마지막 행성으로 인정되고 있는 여덟 번째 행성이다.
2. 상세
이름은 그리스 신화의 바다의 신 포세이돈[7]에서 유래했다. 해왕성도 포세이돈을 중국에서 번역한 걸 한자문화권에서 그대로 가져다 쓰는 것이다.[8]
천왕성과 닮은 점이 많은 행성인데, 먼저 반지름이 천왕성보다 지구 지름의 1/5만큼 작은 정도로 거의 비슷한 크기이며, 대기에 포함된 메테인에 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 패배(?)를 일찍 시인했다. 따라서 공식적인 발견자는 정밀하게 위치를 계산한 프랑스 수학자 위르뱅 장 조제프 르베리에(Urbain Jean Joseph Le Verrier, 1811~1870), 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) 세 명이 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 상황 정리.
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이심률이 상당한 명왕성이 해왕성 궤도 안으로 들어올 때가 있었기에 명왕성이 행성 분류에서 제외되기 전에도 해왕성이 마지막 행성이 되는 경우도 있었지만[9], 명왕성이 왜행성으로 분류된 지금에 와서는 다 소용없는 얘기가 됐다.
실시 등급이 8등급이므로 지구에서 육안으로 관측할 수 없고 쌍안경이 있어야 한다.[10] 해왕성 1일은 지구 기준 16시간, 해왕성 1년은 지구 기준 165년. 평균 기온 -240도. 중력은 지구의 1.14배로 지구에서 체중이 100 kg인 사람이 해왕성에 가면 114 kg로 더 늘어난다.
3. 역사
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 인정받지는 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 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[11], 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.
4. 특성 및 기상현상
천왕성보다 크기는 약간 작지만 질량은 더 크며(천왕성: 지구의 14배, 해왕성: 지구의 17배) 중력도 그만큼 더 강하다. 해왕성은 태양계의 행성 중 지름으로 따지면 네 번째로 크며, 질량으로 따지면 태양계 3위이다. 그리고 밀도와 대기압이 태양계의 가스 행성 가운데 가장 높다.[12] 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 액체, 기체의 형태가 서로 뒤섞인 슬러시 형태의 메테인으로 이뤄진 바다가 끝없이 펼쳐져 있을 것이라 예상되며 대기와 표면성분 특성상 상륙여부도 불분명하다. 또한 지구보다 대기압이 약 1000배 가량 높고 역동적인 대기를 갖고 있다. 태양으로부터의 거리가 멀어서 행성 내부에선 햇빛을 전혀 관측할 수 없는 완벽에 가까운 암흑일 것으로 보이며, 그 속에서 거대하게 출렁이는 메테인 바다가 펼쳐진 망망대해 속에 초속 수백 미터 이상의 태풍과 번개가 끊임없이 쳐대고,[13] 고체와 액체, 기체가 마구 뒤섞인 두꺼운 대기로 인해 수심 10,000 m의 무지막지한 압력이 사방에서 짓누르는[14] 끔찍한 환경이라는 점을 예상할 수 있다.(달리 말하면 그래도 그나마 기상 활동이 매우 활발하다는 이야기가 되지만.) 게다가 지구에서는 기체로 있던 물체들이 이곳에서는 수소나 헬륨을 제외한 거의 모든 기체들이 액화되거나 얼어붙으며, 평균온도와 대기, 행성표면의 성분특성 등 여러가지 요인이 겹쳐 상륙할 육지따윈 사실상 없다.[15] 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.
한편, 일각에서는 물이 존재할 가능성도 있다고도 한다. 다만 데이터가 워낙 모자라다 보니 이게 얼음으로 존재하는지, 물로 존재하는지, 플라즈마로 존재하는지 모른다는 것 뿐... 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 천체답게 두꺼운 구름층 상부 온도가 섭씨 -218도(55 K)에 달한다. 내핵의 온도는 섭씨 약 5,100도 정도로 예측된다. 자전축도 28도 가량 기울어져 계절의 변화도 일어난다.
또한 압도적으로 수가 많은 목성 트로이군 만큼은 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.
5. 탐사
현재까지 오직 보이저 2호만이 유일하게 방문한 태양계의 불모지이다. 탐사가 힘든 것은 지구에서 교신 및 명령을 할 때 편도로만 무려 4시간(246분)이 걸리기 때문이기도 하다. 무려 왕복 8시간짜리... 때문에 극단적으로 데이터가 부족해서 과학 전문 서적에도 해왕성에 대한 정보는 거의 없다시피 하며, 오히려 해왕성의 위성인 트리톤에 대해 더 자세히 나와 있는 편이다. NASA에서는 SLS가 데뷔하면 천왕성에다 다이렉트 비행으로 탐사선을 보내고, 그 결과에 따라 해왕성 탐사도 진행해보겠다는 야망에 불타있으나... 현재 디스커버리 프로그램 미션 15, 16 공모전에서 대기 중인 '''트라이던트'''가 있다.탐사 계획
2014년 8월 25일에 NASA의 뉴 호라이즌스가 해왕성의 궤도를 통과했다. 덤으로 이 날은 보이저 2호가 해왕성 옆을 지나간지 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 한다고. 덩치가 크기도 하지만. #
보이저 2호의 탐사로 대흑반이 발견되었다.[16] 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 2400 km/h'''(666.6 m/s)[17]라고 하니 굉장하다는 말밖에는 할 말이 없다. 참고로 2003년 한반도를 쑥대밭으로 만들었던 태풍 매미의 최대 풍속이 약 200 km/h였다. '''12배 차이다.''' 또한, 보이저 2호가 해왕성에 가장 근접하기 사흘 전에는 가느다란 고리도 관찰된 바 있다. 고리의 존재 자체는 보이저 2호가 통과하기 전에, 해왕성이 별을 가리는 현상을 통해 알게 되었다.
뉴턴 06년 9월호에 게재된 일본 연구팀의 인터뷰에 따르면, 현재의 이론으로는 해왕성이 생성되는 데 약 50억 년이 걸리기 때문에, 현재의 태양계 생성 이론에 뭔가 문제가 있을 것이라는 추측을 하고 있다. 그러나 현재의 태양계 생성 모델은 불확실한 점이 너무 많기 때문에 새삼 놀라운 결과는 아니다.
1846년 7월 12일에 해왕성이 발견된지 165년 만인 2011년 7월 12일, 해왕성이 태양 주위를 한 바퀴 돌고 발견했을 때의 그 자리로 돌아왔다.[18] 다음 공전 완료는 2176년.
6. 위치에 관한 이론
형성 과정은 천왕성 문서 참조.
인류에게는 목성 다음으로 중요한 천체이기도 한데, 현재 해왕성은 직간접적으로 카이퍼대 천체들을 움직이는 위치에 있다. 해왕성과 2:3 궤도 공명을 하는 명왕성이 그 예시다. 목성이 안팎으로 소천체들에 큰 영향을 끼친다면, 해왕성은 자신 주변과 카이퍼대에 있는 천체에 큰 영향을 끼치고 있는 셈이다.
7. 해왕성의 위성
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그리스 신화에서 바다 쪽 부분이 빈약해서인지, 태양계 행성들 중에서 가장 삭막한 이름의 위성들이 있다. 망원경으로 트리톤과 네레이드가 발견됐으며, 뒤에 보이저 2호에 의해 6개의 위성들이 새로 발견됐다. 정식 이름이 붙기 전에는 해왕성에 가까운 순서대로 N6, N5, N4, N3, N2, N1이란 안습한 이름들이 붙었다. 이 가운데 N1은 네레이드보다 훨씬 컸다(...). 어쨌든 나중에 각각의 위성에는 나이아드, 탈라사, 데스피나, 갈라테아, 라리사, 프로테우스라는 이름이 붙었다. 그리고 이후에 6개를 더 찾아 현재 공식적으로 해왕성의 위성은 14개. 마지막 위성은 2013년, 허블 우주 망원경의 관측 결과를 다년간 연구한 끝에 존재를 확인했다고. 현재 'S/2004 N 1'라는 코드명으로만 부른다.
트리톤의 지름은 2,707 km로 압도적으로 크고, 네레이드는 지름 340 km로 나중에 발견한 프로테우스(지름 평균 418 km)보다 조금 작다.
위성 가운데 가장 큰 트리톤이 여러모로 특이점이 많다. 자세한 건 트리톤 항목 참조.
하지만 네레이드도 태양계 최대 이심률의 막돼먹은 궤도(경사 27.6°, 이심률 '''0.7512'''[20])를 자랑한다. 그래서 일찍 발견했다.
장축 반지름이 550만 km로, 가장 가까울 때가 137만 km, 가장 멀 때가 965만 km이다. 그 중간을 지날 때는 370만 km가량. a와 b의 비가 0.660이다.
참고로 트리톤과 해왕성의 거리는 평균 35만 km. 대략 지구와 달 거리보다 조금 적다.
해왕성의 위성 '네소'는 해왕성에서 무려 4,900만 km(태양~수성의 거리와 비슷함)나 떨어져 있으며, 태양계의 위성들 가운데 모천체와의 거리가 가장 멀다.
나이아드, 탈리사 거리가 가까운데 불구하고 충돌하지 않는 이유는 지그재그 공명 패턴 덕분이다.#
8. 대중매체에서
사실 대중매체에서는 목성, 토성까지만 관심을 보이고 그 뒤의 행성들은 그다지 관심이 없는 편인데[21], 이상하게 해왕성인에 대한 설정은 여기저기서 종종 보인다. 그냥 말하자면 천왕성만 인기 없단 것. 나름 당연하다면 당연할 게 지금은 마지막 행성 타이틀을 명왕성 대신 가져가긴 했다.
- 미소녀 전사 세일러 문 시리즈의 등장인물 세일러 넵튠은 해왕성을 수호성으로 한다.
- 영화 애드 아스트라의 후반 배경으로 나온다.
- 영화 이벤트 호라이즌의 배경으로 사용되었다.
- Warhammer 40,000에서는 테라의 시대에 처음으로 식민지화한 행성으로 나온다.
[1] 서양에서 해왕성 이름의 유래가 된 넵투누스(포세이돈)의 삼지창에서 유래했다. 발견자인 르베리에가 '넵투누스'라는 이름과 함께 이 기호를 제안한 것으로 알려져 있다.[2] 위 사진은 보이저 2호가 해왕성을 통과하며 촬영한, 지금까지 인류에게 알려진 해왕성의 가장 정확한 모습이다.[3] 지구의 약 3.8배[4] 지구의 약 17배[5] 운이 좋으면 7등급 초반까지 올라갈 때도 있다지만 여하간 눈으로는 볼 수 없다.[6] 대기 안쪽의 압력으로 금성의 약 10배가 넘는 수치로 1000기압에 육박한다.[7] 라틴어로 넵투누스(Neptunus)[8] 바다를 다스리는 신이니 "바다의 왕(海王)".[9] 1979년~1999년까지 실제로 명왕성이 해왕성 궤도 안에 들어왔지만, 그래도 수금지화목토천'''명해'''라고 외우지는 않았다.[10] 실시 등급 8~9등급의 천체는 쌍안경으로도 볼 수 있다.[11] 이러한 생각은 이미 1820년대에 시작되었고, 영국의 존 쿠치 애덤스 역시 르베리에와 거의 같은 시기에 독립적으로 계산을 해냈는데, 이는 훗날 논쟁의 대상이 되었다.[12] 밀도와 질량이 비슷한 크기의 천왕성에 비해 더 높고 거의 모든 기체가 액체나 고체로 존재할 정도의 온도인 탓에 대기압 혹은 행성 내외부의 압력이 다른 가스형 행성에 비해 더욱 높은 것으로 추정된다.[13] 국내에서 부산항의 크레인들을 줄줄이 쓰러뜨렸던 태풍 매미의 풍속이 초속 50미터였고, 인류가 경험한 최대의 풍속이라 해 봐야 사상 최강의 토네이도 내부에서 측정된 초속 134미터 따위(?)에 불과했다. 참고로 폭풍을 측정하는 TORRO 스케일에 따르면 초속 121미터 이상의 바람은 견고한 철제 구조물조차 완전히 파괴할 수 있을 만큼 강하다. 천왕성에서 기록된 풍속은 높을 경우 초속 580미터까지 도달하는데 해왕성의 풍속은 초속 600미터가 넘는 풍속이 관측될 정도로 더 빠르다고 한다. 거기에 더해 지구 대기압의 1000배 정도라서 상상조차 제대로 할 수 없다.[14] 마리아나 해구 부근의 바다 속과 거의 동일한 압력이다. 현재까지 제대로 된 탐사가 가능한 잠수정의 잠수 가능한 수심은 약 6000 m 내외다. 수압도 아닌 대기압인데도 압력을 자랑한다.[15] 굳이 상상해 본다면 정말 지옥과 다름이 없다. 불이 없고 차가운 영하 바다의 지옥. 멀리 갈 것도 없이 당장 유명한 성경의 노아의 방주 이야기 + 마리아나 해구에 맞먹는 압력과 절대영도에 가까운 무지막지하게 낮은 온도, 상륙여부도 불분명한 상황까지 더해진 환경이다.[16] 어딘가에선 어둡다는 의미로 '대암반'이라 표기하기도.[17] 무려 음속의 2배에 가까운 속도다! [18] 물론 태양이 우리 은하를 공전하고 있으니 정확히 같은 위치는 아니다.[19] 트리톤은 위성의 기원에 따라 일반적으로 외위성으로 분류하는 편이다. Sheppard, S. S. 2006. "Outer irregular satellites of the planets and their relationship with asteroids, comets and Kuiper Belt objects". Proceedings of the International Astronomical Union 1. 319.[20] 타원에서, 이심률이 0에 가까울수록 원형이고, 1에 가까울수록 포물선에 가까워진다. 근데 0.75면...[21] 명왕성은 그나마 "마지막 행성"이라는 메리트 때문에 관심이 좀 많았다. 더불어 행성에서 퇴출당했기 때문에 동정심을 받기도 한다.