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천문학

태양계-수성

by mama maison 2024. 1. 7.
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태양과 가장 가까운 행성. 수성의 지름은 4,879km로 지구의 약 2/5이다. 태양에서 수성까지의 평균 거리는 5791 km이다. 수성은 태양에 너무 가까이 있고, 크기도 작기 때문에 지구에서는 종종 망원경을 사용해야 볼 수 있다. 1년 중 한동안은 해가 진 바로 뒤 서쪽 하늘에 낮게 떠 있기도 하고, 해뜨기 바로 전 동쪽 하늘에 낮게 떠 있기도 하다. 태양과 너무 가깝기 때문에 광학망원경으로 수성을 관측하는 일은 위험하다. 관측자가 수성을 볼 때는 태양이 시야에 들어오지 않도록 해야만 하는데, 잘못하여 태양을 직접 보면 시력을 잃을 수도 있다. 수성은 태양 주위를 타원궤도로 돈다. 이것을 공전궤도라 한다. 수성이 태양에 가장 가까울 때는 약 4600 km 떨어져 있으며, 가장 멀 때는 6982 km 이상 떨어져 있다. 지구와 수성이 가장 가까울 때의 거리는 7730 km이다. 수성은 태양계 행성 중에서 태양 주위를 가장 빨리 도는 행성이므로, 고대 로마 신들의 재빠른 전령인 메르쿠리우스의 이름을 따서 서양에서는머큐리라고 한다. 수성은 1초에 48km 정도 움직이며, 태양 주위를 약 88일에 한 번씩 돈다.

수성은 태양 주위를 돌면서 수성의 중심을 지나는 가상선인 자전축을 중심으로 자전한다. 수성은 자전 속도가 매우 느려서 59일마다 한 번씩 자전하는데, 금성을 빼고는 태양계에서 가장 늦다. 이렇게 늦는 자전과 빠른 공전 때문에 수성의 하루 즉, 태양이 뜬 뒤 다시 태양이 뜰 때까지 기간은 약 176일이나 된다. 1965년까지 수성의 공전주기와 자전주기는 모두 88일로 같다고 믿었다. 만약 그렇다면 수성에서 볼 때 태양은 하늘에 고정된 것처럼 보일 것이다. 그리고 수성의 한쪽 면은 항상 태양을 향해 있어 밝을 것이고, 다른 한쪽은 항상 어두울 것이다. 그러나 1965년 수성에 전파를 발사시켰더니, 수성의 한쪽 면에서 반사된 신호와 다른 쪽 면에서 반사된 신호가 서로 달랐다. 이 전파를 이용하여 알아낸 수성의 자전주기는 59일이며, 88일인 공전주기의 2/3에 해당된다. 수성은 망원경으로 보면 수성의 모양과 크기가 달라지는 것을 알 수 있다. 이러한 겉보기 변화를 위상변화라 하는데, 달의 위상변화와 비슷하다. 이는 지구에서 수성을 볼 때 햇빛이 비치는 수성 표면이 시간에 따라 달라지기 때문에 생긴다. 수성과 지구는 둘 다 태양 주위를 돌기 때문에, 수성은 116일마다 태양의 거의 반대편에 있는 것으로 보인다. 이때 지구에서는 햇빛을 받는 수성 표면을 거의 다 볼 수 있는데, 모습은 흠집이 없는 밝고 둥근 점과 같다. 수성이 태양을 돌아 지구 쪽으로 향하면 햇빛이 비치는 영역은 점점 작아진다. 36일 뒤, 지구에서는 햇빛이 비치는 수성 표면의 반쪽만 보인다. 다시 22일이 지난 뒤 수성은 태양에서 지구와 거의 같은 방향에 있게 되고, 수성 표면은 아주 조금만 보인다. 수성이 태양의 앞쪽을 지나면 햇빛이 비치는 부분이 점점 많이 보이게 되고, 수성은 지구에서 멀어지기 시작한다. 수성이 지구와 태양 사이를 지나면 지구에서는 햇빛이 비치지 않는 수성의 어두운 면만 보일 것이다. 그러나 보통 이런 위치에서는 수성과 지구가 서로 다른 각도의 궤도 운동을 하기 때문에 수성이 보이지 않게 된다. , 수성이 항상 정확히 태양과 지구 사이를 지나는 것은 아니다. 그러나 수성이 정확히 지구와 태양 사이를 지날 때가 있다. 이런 현상을 수성의 일면통과라고 하며, 이때 수성은 태양 면을 지나가는 검은 점처럼 보인다.

수성의 표면은 달 표면과 아주 비슷하다. 수성은 달처럼 태양에서 받는 빛의 약 6%를 반사한다. 그리고 달과 비슷하게 규산염광물이 작은 입자 형태로 얇은 층을 이루며 수성을 덮고 있다. 또한, 수성에는 달 표면과 비슷한 넓고 평평한 평원과 가파른 절벽, 그리고 깊이 팬 크레이터가 많다. 이 크레이터들은 유성이나 작은 혜성이 수성의 표면에 부딪혀서 생겨났다고 여겨진다. 수성의 대기는 너무 희박하여 수성에 접근하는 유성의 속도를 느리게 만들거나 태워버릴 수 있는 마찰을 일으키지 못한다. 비록 수성의 표면은 달과 비슷하지만, 수성의 내부는 지구와 비슷해 보인다. 두 행성은 지각 아래에 맨틀이라는 부분이 있으며, 철로 이루어진 핵이 있다. 과학자들은 수성의 크기와 질량을 토대로 수성의 핵은 반지름의 2/3~3/4 사이일 것이라고 생각한다. 지구의 핵은 지구 반지름의 약 1/2이다. 수성은 철과 약간 가벼운 원소로 이루어진 유동성 외핵이 있다. 이 유동성 외핵의 운동 때문에 자기장이 생성된다. 이것은 지구의 외핵이 운동하는 것과 마찬가지이다. 하지만 수성의 자기장은 자전축에서 약 20˚, 지구의 자기장보다 약 두 배 정도 더 기울어져 있다.

수성은 건조하고 아주 뜨거우며 공기가 거의 없다. 수성에 쏟아지는 햇빛은 지구보다 거의 7배나 강하다. 수성에서는 태양이 지구보다 약 2.5배 정도 크게 보인다. 수성에는 대기가 거의 없으므로 태양에서 오는 열과 빛을 그대로 받게 된다. 따라서 수성의 온도는 한낮에는 450˚ C에 이르지만, 한밤에는 -170˚ C까지 떨어진다. 수성의 하늘은 대기층이 얇으므로 검은색이고, 대낮에도 별이 보일 것이다.

수성은 아주 적은 양의 칼슘, 헬륨, 수소, 마그네슘, 산소, 칼륨, 규소, 나트륨, 수증기로 둘러싸여 있다. 이 대기층은 너무 희박하기 때문에 수성의 대기압은 무척 작을 것으로 예상된다. 과학자들은 수성이 너무 뜨거운 데다 산소도 부족하여, 어떠한 생명체도 살 수 없을 거라고 생각하고 있다. 수성의 밀도는 지구보다 약간 작다. 다시 말하면 수성의 조성 비율이 지구의 조성 비율과 거의 같다는 뜻이다. 수성은 지구보다 크기와 질량이 훨씬 작아서 중력도 지구의 1/3 정도밖에 되지 않는다. 그래서 지구에서 45킬로 그램 힘인 물체가 수성에서는 17kgf 정도 나간다.

미국의 매리너 10호는 수성을 처음 탐사한 우주선으로 1974 3월에 수성에 740km까지 접근했다. 이 우주선은 수성 근처를 비행하면서 수성 표면의 부분 사진을 찍고, 자기장을 검출해 냈다. 매리너 10호는 행성 두 개를 탐사한 최초의 우주선이었다. 수성으로 가는 동안에도 금성의 사진을 찍고 과학적 측정을 했다. 금성 가까운 곳을 비행할 때 금성의 중력이 우주선을 끌어당겼는데, 그것이 원인이 되어 더 빨리 비행했다. 그리하여 매리너 10호는 지구에서 직접 오는 것보다 시간이 덜 걸렸고 연료도 적게 사용해서 수성에 도달했다. 2004년에 미국은 메신저 탐사선을 수성으로 발사했다. 2008년에 수성 상공을 두 번 비행하면서 그동안 우주탐사선에 의해서 한 번도 보인 적이 없는 표면의 사진을 찍었다. 2009년에 다시 수성으로 날아갔으며 2011 3월에 궤도로 진입했다. 우주선은 1년 동안 수성의 표면 지도를 작성하고 화학 조성, 내부 구조, 자기장을 연구하도록 설계되었다. 그 임무는 2011 11월에 연장되었다.

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