천왕성
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2천년동안 지구인들은 토성밖에 천왕성, 해왕성, 명왕성, 세 개의 다른 행성이 있으리라고는 생각치 못했다. 태양으로부터 일곱 번째 행성인 천왕성은 1781년 4월 음악가 허셜(William Herschel)에 의해 처음으로 발견되었다. 독일 태생의 허셜은 밤마다 쌍성을 찾기 위해 하늘을 관찰하던 중 망원경 속에서 이상한 물체가 발견했다. 1781년 3월 12일 그는 쌍둥이자리 근처에서 발견된 이상한 물체를 추적하기 시작했으나 처음엔 이 물체를 태양에서 멀리 떨어져 있어 꼬리가 아직 발달되지 않은 혜성쯤으로 짐작했다. 이 와중에 마스켈린이라는 천문학자가 이것은 혜성이 아니라 태양의 주위를 공전하는 행성이라고 주장하기도 했다. 그로부터 1년 뒤 허셜은 그 동안 추적한 그 물체의 궤도를 전문가에 의뢰해 이 물체의 정확한 궤도가 밝혀내고 그 물체가 원 궤도를 가진 새로운 행성이라는 사실이 밝혀지게 된다.
1977년 지구를 탈출한 보이저 2호는 시속 67만 4천 km속도(이는 소총 총알의 약 10배 속도에 달한다)로 날아가 10년 뒤, 즉 1986년 1월 24일에 천왕성에 바짝 다가갈 수 있었다. 보이저 2호는 천왕성에 접근해 1500mm,200mm렌즈가 달린 TV Camera를 이용하여 약 200장의 사진들은 찍었다. 이 사진의 해상도는 길이 20km까지 식별할 수 있는 정도로 지상에서 관측한 것보다 300배 이상 뛰어났다. 사진으로 관측된 천왕성에는 그 주변을 둘러싼 11개의 가느다란 고리와 15개의 달들이 선명하게 박혀 있었다. 이는 우리 인간이 천왕성의 발견 시점으로부터 약 250년간 알아낸 정보보다 더 많은 정보였다. 사진으로 인해 그 동안 발견된 5개의 위성 외에 10개의 위성이 더 있다는 사실과 총 15개의 위성은 천왕성의 공전 궤도면에 벌렁 드러누워 줄지어 서 있다는 것도 알 수 있게 되었으며 9개의 고리이외에도 2개가 더 있다는 걸 알 수 있게 되었다. 또한, 대기 온도가 태양을 향하는 양지가 섭씨450도이고, 응달이 섭씨730도로 응달의 온도가 더 높다는 이상현상과 천왕성의 자전축과 자기축 55도나 차이나는 새로운 사실들을 발견할 수 있었다.
지름과 질량
파란 원반처럼 빛나는 천왕성은 태양과 약 29억 km떨어져 있으며 토성보다 두 배 가량 먼 거리에 있다. 천왕성은 지름 5만 2천 6백km의 구형으로서 토성의 지름의 2분의 1보다 조금 작고 목성 지름의 3분의 1에 해당한다. 그러나 지구 지름보다는 약 4.01배나 크다. 망원경으로 보아도 아주 작고 흐려 크기를 결정할 수 없었던 천왕성의 지름을 측정할 수 있었던 것은 1977년 어떤 행성이 다른 별의 표면을 통과하는 엄폐(掩蔽)현상이 이 천왕성에게 나타났기 때문이다. 이 때 천왕성이 움직이는 속도와 별을 가리는 시간을 측정하여 계산한 결과 지금 우리가 알고 있는 천왕성의 지름을 계산할 수 있었던 것이다. 천왕성의 질량은 목성, 토성보다 작긴 하지만 지구의 약 15배에 이르는 8.7*1025kg이다. 또한 천왕성의 중력은 지구와 거의 비슷한데 이는 지구에서 몸무게 85kg 짜리 성인 남자가 천왕성에 가서 저울질을 해보면 79kg으로 약간 줄어들 정도이다.
구성성분
보이저가 보내온 천왕성의 사진을 보면 옅은 녹색으로 아름답게 빛나는 걸 볼 수가 있다. 천왕성이 녹색으로 보이는 이유는 태양빛이 대기에 침투되면 대기층 상부에 존재하는 메탄에 의해 붉은 색이 흡수되고 녹색의 대부분이 우주로 반사되기 때문이다. 천왕성의 대기는 메탄, 헬륨 등을 동반한 수소분자가 주종을 이루고 있으며 특히 메탄의 양은 목성이나 토성의 대기가 함유하는 메탄의 양보다 더 10배 가량 많다. 천왕성의 내부구조에 대해서는 그리 알려진 바가 없으나 몹시 뜨겁고 물, 수소, 암모니아의 액체 그리고 태양표면보다 훨씬 뜨거운 용암층을 가지고 있을 것이라고 천문학자들은 짐작한다.
1978년 4월 10일 영국인 천문학자 테일러에 의해 천왕성에서 아홉 개의 고리를 발견됐다. 천왕성에도 고리가 있다는 사실이 확인되었는데 1978년 4월 10일 영국인 천문학자 테일러와 그 뒤 구성된 관측팀에 의해 9개까지는 지상망원경으로 확인되었고 보이저 2호에 의해서 새로운 2개가 발견됨으로 지금까지 11개의 고리가 확인되었다. 천문학자들에 의해 발견된 것은 그들이 천왕성이 어떤 별을 통과하는 현상을 관찰하던 중 천왕성이 별을 가리기 전에 깜빡이며 몇 번씩 순간적으로 어두워지는 현상을 발견했기 때문이다. 천왕성의 고리가 쉽게 발견되지 못한 것은 아주 어둡기 때문인데(토성 고리 밝기의 300만 분의 1정도이다) 목성이나 토성의 고리가 흰색으로 빛의 80%를 반사시키는데 반해 천왕성의 고리는 5%밖에 반사시키지 못하는 검은 얼음 입자이기 때문이다. 천왕성의 고리의 총면적은 천왕성의 1%에 해당되며 매우 엷고 얇다. 대부분의 과학자들은 고리를 구성하는 물질들이 토성주위를 돌던 작은 위성이 지구 크기 만한 천체와 충돌해 부서져서 생긴 것으로 믿고 있으며 태양계에서도 비교적 늦게 태어난 불안전한 것이라고 주장하고 있다.
다섯위성들
천왕성 다섯 개의 위성 중 티타니아와 오베론은 1780년 허셜(Herschel)에 의해 제일 먼저 발견되었으며, 아리엘과 엄브리엘은 1851년 러셀(Russel)에 의해, 가장 작고 희미한 미란다는 1948년 카이퍼(Kuiper)에 의해 발견되었다. 미란다는 크기, 질량, 밀도, 궤도 이심률 등 많은 것이 밝혀지지 않은 미지의 천체로, 지름이 240km이며 궤도 경사가 98도, 공전주기 1.4일 짜리의 우주팽이와 같은 존재이다. 아리엘은 궤도 이심률 0.007이다. 공전주기는 2.5일이며 지름은 600km로 예측되고 있다. 엄브리엘은 궤도 이심률 0.008이다. 공전주기는 약 4일이며 지름은 400km인 난쟁이이다. 티타니아는 궤도 이심률 0.002이다. 공전주기는 8.7일이며 지름은 1000km로 난쟁이들 속의 거인이다. 다섯째 오베론은 궤도 이심률 0.001, 공전주기 13.46일, 지름이 1600km로 다섯 위성 중 가장 크고 점잖은 편에 속한다. 모든 달들은 천왕성의 적도면을 따라 공전한다. 그러므로 천왕성뿐 아니라 달들도 천왕성과 같이 혼연일체가 되어 기상천외한 공전모양을 하고 있다. 즉 달들도 동서 방향이 아닌 남북방향으로 운동하는 것이다. 천왕성의 달들은 모두 천왕성에 매우 가깝다. 다섯 개의 달 가운데 가장 먼 것이 오베론이다. 이 오베론은 천왕성의 중심으로부터 58만 2400km떨어져 있으며 미란다는 단지 12만 9280km 떨어져 있다.
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