[하정열의 시·그림과 함께 떠나는 우주여행](45) 천왕성(天王星, Uranus)

인터뷰365 하정열 칼럼니스트 = 우리는 이제 타이탄에서의 충분한 휴식과 재충전을 마치고 청록색의 행성인 천왕성으로 향하게 될 것이다. 지구에서 천왕성까지는 18.2AU 떨어져 있으며, 토성에서 천왕성까지 거리는 지구에서 태양까지 거리의 10배인 10AU, 즉 약 15억㎞이다.

토성의 궤도를 넘어서면 청록색의 행성 천왕성이 존재한다. 천왕성(Uranus)은 태양계 행성 가운데 태양으로부터 일곱 번째로 가까운 거리에 있으며, 반지름 기준으로 보면 세 번째로 크며, 질량으로는 네 번째로 무거운 행성이다. 천왕성은 다른 목성형 행성과 마찬가지로 기체로 이루어진 가스형 행성으로 고리를 갖고 있지만 너무 얇고 가늘어 지구 상에 있는 가장 큰 천체망원경으로도 확인하기가 어렵다.

천왕성은 영국의 천문학자 허셜(Frederick William Herschel)에 의해 1781년 3월 13일에 발견되었다. 천왕성은 육안이 아닌 망원경으로 발견된 최초의 행성이며, 발견된 궤도 위치가 독일의 천문학자 요한 보데(Johann Elert Bode)가 주장한 보데의 법칙을 증명해주었다는 점에서 더 유명해졌다.

천왕성은 반지름 25,559㎞의 구형으로서 토성의 지름의 약 1/2보다 조금 작으나, 지구보다는 약 4배나 크다. 망원경으로 보아도 아주 작고 흐려 크기를 결정할 수 없었던 천왕성의 지름을 측정한 것은 1977년 어떤 행성이 다른 별의 표면을 통과하는 엄폐 현상이 이 천왕성에 나타났기 때문이다. 이때 천왕성이 움직이는 속도와 별을 가리는 시간을 측정하여 계산한 결과 지금 우리가 알고 있는 천왕성의 지름을 계산할 수 있었다. 천왕성의 질량은 목성, 토성보다 작지만, 지구의 약 15배에 이른다.

천왕성의 대기는 태양 빛의 적색 파장을 흡수하고 청색과 녹색의 파장 상당량을 반사하기 때문에 전체적으로 청록색을 띤다. 천왕성의 대기에는 수소가 약 83%, 헬륨이 15%, 메탄 2% 등이 포함되어 있으며, 반사율이 높은 암모니아와 황이 대기의 깊숙이 있을 것으로 추정되고 있다.

적외선 관측에 의한 천왕성 온도는 대략 영하 215°C이다. 이는 태양으로부터 받은 에너지보다 높게 방출되는 것으로 목성이나 토성과 같이 천왕성의 내부에도 열원이 있을 것이라 추정된다. 방출되는 에너지는 목성과 토성, 해왕성에 비하여 매우 적은 편이며, 천왕성의 내부 에너지도 행성이 형성될 때 붕괴되는 가스들에 의한 중력에너지가 그 근원일 것으로 추정된다.

천왕성의 내부구조는 목성, 그리고 토성과는 조금 다르다. 목성과 토성의 내부에는 높은 압력으로 인해 액체금속형태의 수소가 존재하지만, 천왕성은 내부 압력이 수소를 액체금속으로 변환시키기에는 부족할 것으로 추정된다.

대기에 있는 메탄과 암모니아의 얼음이 압력에 의해 이온화되어 존재할 것으로 추정하고 있다. 목성에 비하여 낮은 압력과 비슷한 정도의 밀도(약 1,271kg/m³) 및 낮은 온도 등의 특징으로 미루어 천왕성의 내부에는 수소와 헬륨의 함량이 적고, 암석과 얼음이 존재할 것으로 보고 있다.

천왕성의 자전은 매우 특이하다. 다른 행성과는 전혀 다르게, 자전축이 거의 황도면에 누워 있는 형태로 자전을 한다. 자전축의 기울기로 인해 극 주변이 적도 주변보다 많은 태양열을 받지만 신기하게도 전체적으로 온도가 균일한데, 그 이유는 아직 해명되지 않았다. 천왕성은 태양으로부터 약 28억㎞ 떨어진 곳에서 공전을 하고 있고, 공전주기는 대략 84년이다.

천왕성은 상대적으로 강한 자기장을 가지고 있다. 높은 에너지의 입자들이 천왕성의 자기 복사 대에 갇혀 있지만, 지구에서 발견될 수 있을 만큼 강하지는 못했다. 그 입자들은 보이저 2호에 의하여 발견되었다.

천왕성에는 여러 개의 위성이 있지만, 그중 다섯 개의 위성이 많이 알려져 있다. 천왕성의 다섯 개의 위성 중 타이타니아(Titania)와 오베론(Oberon)은 1787년 허셜에 의해 제일 먼저 발견되었다. 아리엘(Ariel)과 움브리엘(Umbriel)은 한 세기가 지난 후 윌리엄 러셀(William Russel)에 의해, 가장 작고 희미한 미란다(Miranda)는 1948년 제러드 카이퍼(Gerard Kuiper)에 의해 발견되었다.

보이저(Voyager) 2호는 1977년 발사 후 약 10년 후인 1986년 1월 24일에 천왕성의 약 81,500㎞ 거리에까지 접근해 많은 사진을 보내왔다. 이 사진들의 해상도는 지상에서 관측한 것보다 300배 이상 뛰어났고, 수많은 위성과 고리들의 모습이 담겨 있었다. 이는 우리 인간이 천왕성의 발견 시점으로부터 약 200년 동안 알아낸 정보보다 더 많은 정보였다. 이러한 정보로 우리는 천왕성의 숨겨진 위성들과 고리들을 발견하게 되었고, 대기 온도가 태양을 향하는 극지방보다 적도지방 온도가 더 높다는 이상 현상과 천왕성의 자전축과 자기축이 다른 행성들과는 크게 차이가 난다는 새로운 사실들을 발견할 수 있었다.

천왕성(Uranus)은 거리가 멀리 떨어져 있어, 근대 이후에 발견되어 그때까지 사용되지 않은 신화 속 인물의 이름이 붙은 것이다. 우라노스는 그리스 신화에서 가져온 명칭이며, 주신 제우스의 할아버지에 해당하는 하늘의 신의 이름이다.

이러한 의미를 담아 토성과 해왕성 사이에 위치한 천왕성의 모습을 그림 ‘천왕성231001P’로 그리고 천왕성으로의 우주여행을 기다리며 시 ‘하늘의 왕이시여!’를 지었다.

멀리 날아온 지구인을 향해
두 팔을 크게 벌려 환영하는
맑고 고운 가을 호수같은
에머랄드 보석행성이여

하늘의 신인 우라노스의 
웅혼한 자태로
멀고 먼 고독한 곳에서도
저홀로 존재하며 

피곤한 우주여행객의 마음을 
다독이며 위로하는
하늘의 왕 중의 왕인 
찬란한 천왕성이시여!