한 계절이 40년인 해왕성…최근 구름이 사라진 이유는[김정욱의 별별이야기](43) - 서울경제 - 서울경제신문

마지막 남은 블루오션 우주. 미국과 러시아, 중국, 인도 등은 일찌감치 우주의 가치에 눈을 뜨고 그 공간을 개척하고 있습니다. 우리나라도 이제 본격적으로 우주개발에 뛰어들고 있죠. 미지의 우주, 그 광활하고 거대한 세계에 대한 이야기를 어린이부터 성인까지 누구나 쉽게 이해할 수 있도록 재미있게 풀어내려 합니다. 편집자주>

지난 1989년 미국 항공우주국(NASA·나사)의 태양계 탐사선 ‘보이저 2호’가 촬영한 해왕성의 모습. 사진제공=나사

태양계의 8번째이자 마지막 행성인 해왕성. 이곳은 ‘태양계의 불모지’라고도 불리는데 그 이유는 태양계 행성들 중 탐사가 그리 많이 되지 않았기 때문입니다. 또 그 만큼 아직 베일에 가려진 게 많아 천문학자들 사이에서 연구 대상인 행성이기도 합니다.

해왕성 탐사가 힘든 이유는 우선 지구에서 너무 멀기 때문입니다. 지구와 해왕성의 거리는 공전 위치마다 달라지는데 가장 가까울 때가 43억km 가량, 가장 멀 때는 46억km 정도 됩니다. 해왕성에 탐사선을 보내고 지구와 교신을 하려면 전파가 가는 데만 4시간이 걸리니 탐사선과 한번 통신을 주고 받으려면 8시간이 걸립니다.

자전주기 16시간 6분 36초, 태양 공전주기가 164년 8개월인 해왕성은 ‘얼음행성’으로 매우 추운 곳입니다. 평균 온도가 영하 218도에 달하죠. 대기조성은 수소가 80%로 대부분을 차지하고 헬륨이 19%, 나머지는 메탄과 에탄 등으로 구성돼 있습니다. 크기는 지구의 4배, 질량은 17배에 달합니다.

해왕성의 대기는 매우 변화무쌍합니다. 최대 풍속은 시속 600m인데 이 때문에 국지적으로 나타나는 폭풍인 대흑점과 소흑점 등의 현상이 활발합니다.

해왕성은 자전축 기울기가 28.32도로 지구(23.44도)와 비슷해 계절의 변화가 있을 것으로 과학자들은 추측하고 있습니다. 단, 해왕성은 공전주기가 164년 8개월이나 되므로 한 계절이 40년 정도 될 것이라고 보고 있습니다.

해왕성도 토성과 천왕성처럼 고리를 가지고 있습니다. 하지만 해왕성의 고리는 천왕성과 같이 희미하기 때문에 성능 좋은 천체망원경을 통해서만 관측이 가능합니다. 해왕성 고리는 대부분 먼지로 구성돼 있습니다.

현재까지 발견된 해왕성의 위성은 14개입니다. 해왕성에는 달이 14개 있는 셈입니다. 해왕성 위성 중 가장 큰 게 ‘트리톤’입니다. 이 위성은 특이한 점이 있는데 바로 ‘역행궤도’로 공전을 한다는 것이죠.

일반적으로 위성은 모행성과 같은 방향으로 공전하는데 트리톤은 해왕성이 자전하는 반대방향으로 공전을 합니다. 이 같은 현상을 ‘역행궤도 공전’이라고 합니다.

지난해 9월 나사의 ‘제임스웹우주망원경’이 촬영한 해왕성과 고리의 모습. 사진제공=나사

해왕성은 늘 구름에 싸여 있었는데 지난 2020년부터 남극 상공을 제외한 모든 곳에서 구름이 사라졌습니다.

따라서 이에 대한 궁금증을 풀기 위해 많은 과학자들이 연구를 했는데요, 최근 그 해답을 미국에서 찾아냈습니다.

미국 버클리 캘리포니아대학교(UC버클리) 연구진은 1994년부터 2022년까지 하와이 마우나케아산의 켁천문대 망원경과 허블우주망원경, 캘리포니아 릭천문대 망원경으로 해왕성을 관측해 약 30년 가량의 데이터를 분석했습니다.

그 결과 해왕성 구름이 사라진 것은 태양 활동의 11년 주기와 연계돼 있다는 것을 알아냈다고 합니다.

연구진에 따르면 해왕성의 밝기는 구름의 양에 따라 달라지는데 구름이 클수록 빛을 더 많이 반사해 해왕성이 더 밝게 빛납니다.

연구진은 관측 데이터 분석을 통해 이 기간의 해왕성 구름양이 2.5주기의 패턴을 보이는 것을 발견했습니다.

구름의 양 증감에 따라 해왕성은 2002년에 가장 밝아졌다가 2007년 어두워진 뒤 2015년에 다시 밝아졌습니다.

이어 2019년부터 구름이 가장 많은 중위도에서부터 구름이 사라지면서 다시 어두워지기 시작했고, 사라졌던 해왕성의 구름은 올해 여름 중위도에서부터 다시 생겨나고 있는 것도 발견했습니다.

지난 1989년 나사의 태양계 탐사선 ‘보이저 2호’가 촬영한 해왕성의 위성 ‘트리톤’의 모습. 사진제공=나사

연구진은 “구름이 증감하는 시기가 평균 11년 주기로 극대기와 극소기를 오가는 태양활동 주기와 흐름을 같이 한다”며 “2002년은 태양활동 23주기(1996~2008년)의 극대기 직후이고, 2007년은 극소기에 해당하는 시점이다”고 설명했습니다.

2015년은 태양활동 24주기(2008~2019년)의 극대기를 막 지난 시점, 2019년은 극소기에 해당합니다. 2020년부터 25주기에 진입한 태양 활동은 2025년 7월께 극대기를 맞을 것으로 예상됩니다.

참고로 천문학자들은 태양 흑점 수의 변화를 기록하기 시작한 1755년 이후부터 태양 활동 주기에 번호를 매기고 있습니다.

연구진은 “태양 활동 극대기에는 더 강한 자외선이 태양으로부터 방출되는데 태양이 극대기의 정점을 찍은 지 2년 후에 해왕성에 더 많은 구름이 나타나는 양상을 보이는 것을 확인했다”면서 “이번 발견은 태양에서 날아오는 자외선이 강해지면 해왕성의 상층 대기에서 구름을 생성하는 광화학 반응이 촉진 될 수 있다는 가설을 뒷받침해 준다”고 밝혔습니다.