[태양계 행성과 작은 가족] 1.수성(水星, Mercury) 머큐리

[태양계 행성과 작은 가족]
1. 수성(水星, Mercury) 머큐리
프레디 머큐리 소울메이트 우리 행성 머큐리이이

태양계 행성 중 하나이며 태양과 가장 가까이 있고 위성을 가지고 있지 않은 행성이다.

태양계에는 태양과 그 주변을 돌고 있는 행성과 소행성 그리고 혜성으로 이루어져 있다. 행성을 돌고 있는 천체를 위성이라고 하는데, 행성과 함께 만들어진 위성도 있고, 소행성으로 떠돌다가 행성에 붙잡힌 위성도 있다. 행성 중에서 수성과 금성에는 위성이 없으며, 지구에는 한개, 화성에는 두 개의 위성이 있다.


[태양계의 행성과 작은 가족]
1. 수성(水星, Mercury)

-구분: 내행성/지구형 행성
-평균지름: 4,879.4 km
-표면적: 7.5 × 107 ㎢
-질량: 3.023 × 1023 ㎏
-공전주기: 87.9691일
-자전주기: 58.646일
-자전축 기울기: 0.0352°
-대기조성: 산소(분자) 42%, 나트륨 29%, 수소 22%, 헬륨 6%, 칼륨 0.5%, 그 외
평균온도: 390 K(섭씨 117도)
최고온도: 700 K(섭씨 427도)
최저온도: 80 K(섭씨 -193도)

[수성의 위치]
태양에서 가장 가까이 있는 행성인 수성은 언제나 태양 옆에 태양집착 수성찰싹 붙어 다니기 때문에 관측하기가 쉽지 않다.
그래서 수성은 해가 진 직후 서쪽하늘과, 해가 뜨기 직전 동쪽 하늘에서만 볼 수가 있다. 그리고 망원경으로 수성을 보면 달과 같이 그 위성이 변하는 것을 알 수 있고 표면의 모습도 달과 매우 비슷하다.


[수성의 구성]
수성의 행성을 이루는 구성 성분으로는 철이 64.13%로 가장 많으며 니켈도 3.66%로 지구의 2배나 된다.
모든 원소들이 다 존재하지만 수소는 0.4ppm으로 제구의 1%수준으로 매우 적고, 산소도 14.44%로 지구의 2/3 정도 밖에 되지 않는다.


[수성의 대기]
수성에는 대기가 거의 존재하지 않고 매우 가벼운 가스층이 있다. 대기의 개수밀도는 1011m-3 이하로 매우 희박하며, 수소, 헬륨, 나트륨, 칼륨, 칼슘 등의 원자가 포함되어 있다.
수상의 형성 초기에는 다른 행성과 마찬가지로 대기가 존재했을 것이라 생각되지만 중력이 작기 때문에 그 대부분이 우주로 날아갔을 것이다.
현재 수성의 대기는 다양한 방법에 의해 공급되고 있다. 태양풍에 포함된 수소와 헬륨은 수성의 자기장에 붙잡히지 않고, 미세 운석의 충돌로 산소, 나트륨, 칼륨 등의 원자가 대지에서 증발되어 나온다.

수성 표면의 평균온도는 약 452K(179℃)이지만, 온도변화는 약 90K(-183℃)~700K(427℃)로 매우 심하다. 놀랍게도 1992년 레이더 관측에 의해 수성의 북극 부분에서 물과 얼음이 발견되었다. 이 얼음은 혜성의 충돌이나 수성 내부에서 방출되어 생긴 물이 1년 동안 태양광이 닿지 않는 극지방의 크레이터 바닥에 남겨져 있던 것이라 추측된다.

대기가 희박하기 때문에 수성 표면에는 수 많은 운석이 충돌한 크레이터(Crater)들이 거의 침식되지 않고 남아 있어 사진으로도 구별하기 힘들 정도로 달의 표면과 매우 흡사한 모습을 하고 있다.
달(Moon)과 쌍둥이 같이 닮은 문큐리이이이

[수성의 중력과 크기]
수성의 중력은 지구의 37.7%밖에 안 될 정도로 매우 약하다. 예를 들어 지구에서 체중이 100kgf 나가는 사람이 수성에 가면 겨우 37.7kgf 밖에 나가지 않는다.

수성의 크기는 지구와 비교했을 때는 상당히 작은 행성으로, 총 질량이 지구의 5% 수준이지만 밀도는 지구의 98% 정도로 거의 같다. 정확히 두 바퀴 공전하는 동안 세 바퀴 자전하는 기묘한 주기(3:2 자전-공전 공명)를 가지고 있으며, 대기가 거의 없고 자전 또한 느리기 때문에 기온은 -180℃에서 430℃까지 변화한다.


[수성의 탐사]
무인 우주탐사선을 보내기도 매우 어려운 행성. 애당초 추력만으로 수성에 도달하는 것부터가 초고난이도이며, 지구에서 수성으로 가기 위한 스윙바이, 즉 행성의 공전 모멘텀을 이용한 우주비행 코스를 잡기도 매우 어렵기 때문이다. 심지어 지구에서 훨씬 먼 행성인 목성으로 우주선을 보내는 것이 더 쉽다고 할 정도다. 그나마 가장 쉬운 방법이 금성을 스윙바이하여 수성으로 가는 것인데 이 기회가 자주 오질 않는다. 마이클 미노비치(당시 대학원생)의 계산을 통해 1970년과 1973년에 이 기회가 찾아옴을 알게 되어 미션이 수립되고, 1973년에 매리너 10호 미션이 시행되었다. 2011년 메신저호가 수성에 돌아갈 때까지 무려 40년간, 수성에 근접한 미션은 이 매리너 10 미션뿐이었다.

수성 착륙은 더더욱 어렵다. 수성의 환경이 금성처럼 끔찍해서가 아니라, 수성까지 간 우주선을 감속하기가 너무 어렵기 때문이다. 때문에 매리너 10호는 일단 수성에 근접하며 지나친 후, 수성을 공전하는 위성궤도에 진입한 것이 아니라 태양을 공전하는 궤도에 진입해야 했다. 이 상태에서 우주선이 수성에 최대로 가까워질 때마다 수성을 관측하는 방법을 이용했다. 최초로 수성을 공전하는 궤도에 안착한 메신저 탐사선은 장장 7년에 걸쳐 행성 스윙바이를 6회나 한 끝에 수성 궤도에 진입했다. 베피콜롬보는 한술 더 떠서 스윙바이를 9번 할 계획이다.


앞서 말했듯 메신저가 21세기에 가기 전까지 인류가 갖고 있는 수성의 근접 관측 데이터는 매리너 10호가 보내온 이 변변찮은 데이터들 뿐이었다. 물론 이로부터 수성에 대해 많은 새로운 사실을 알게 되었으며, 그중 하나로 수성에도 행성자기장이 있으며 빈약하지만 밴 앨런대가 존재함을 발견하였다.


[수성의 지질활동]
2016년 9월 26일, NASA에서는 수성이 지질학적으로 살아 있는 행성일 가능성을 제시했다. 메신저 탐사선이 보내왔던 자료를 분석한 결과, 만들어진 지 오래되지 않은 것으로 보이는 단층 절벽이 발견되어 행성의 지각이 수축하고 있음을 발견했다는 것.

만일 이것이 사실이라면 지질 활동이 까마득한 옛날에 멈췄을 것이라던 기존의 생각과는 달리, 수성이 태양계의 지구형 행성 중 지구와 더불어 둘뿐인 지질 활동이 살아 있는 행성이 될 공산이 높다. 금성은 확실하게 완전히 지각활동이 죽었고, 화성은 일부 화산 지대에서 미약한 화산 활동을 하는 것이 전부다. 목성이나 토성 등은 암석질의 핵/맨틀 부분이 어떻게 되어 먹었는지도 모르므로 제외.



[수성의 TMI이야기]

[수성의 고대신화 유래]

수성은 수메르인 시대(기원전 3000년)부터 알려졌으며 ‘Ubu-idim-gud-ud’ 라고 불리고 있었다. 옛 기록에서는 수성이 바빌로니아인에 의해 관측되었으며, gu-ad 또는 gu-utu라고 명명되었다. 고대 그리스의 헤라클레이토스는 수성과 금성이 지구가 아닌 태양 주위를 돈다고 생각했다.

그리스에서 수성이 다섯 행성 중 하나라는 인식이 정착 된 것은 플라톤 시대부터인데, 고대 그리스인은 수성을 헤르메스에 대응시켰다.
이것은 가장 안쪽에 있는 행성으로 운행이 빠르기 때문에 발이 빠른 신의 이름을 붙인 것이며 헤르메스는 고대 로마에서 메르쿠리우스와 동일시 되어 영어로 머큐리(Mercury, 수성)가 되었다.



[수성과 아인슈타인의 상대성 이론]
아인슈타인의 일반 상대성 이론을 검증해 준 중요한 실례가 수성이다. 정확히는 수성의 타원 공전 궤도의 근일점, 즉 태양에 가장 가까운 지점이 움직이는 현상. 100년에 근일점이 5610초(1.5583도)만큼 움직인다. 천문 관측은 요하네스 케플러나 아이작 뉴턴의 시대부터 상상 이상으로 정확했기 때문에 현상 자체는 1800년대에 이미 알려졌으나, 고전 역학으로는 5,567초만을 설명할 수 있었으며, 나머지 43초(0.01194도)는 도저히 설명할 수 없었다.
근데 아인슈타인 방정식에 태양의 중력을 넣으면 놀랍게도 43초가 딱 튀어나온다는 사실이 일반 상대론을 우주적 규모로 검증해준 것. 사실 이 현상은 어느 행성에서나 일어나지만, 이심률이 너무 작아 거의 원과 같은 궤도를 돌면 관측이 힘들고, 명왕성처럼 이심률이 커도 태양에서 너무 멀면 근일점 이동하는 양이 너무 작아진다. 사실 천왕성 이후의 행성들은 발견된 지 오래되지 않아 쌓인 자료도 별로 없었고. 가장 가깝고 적당한 이심률을 지닌 수성은 최고로 적합한 행성이었던 것.

[수성의 공전과 자전]

수성은 공전주기가 87일로 매우 짧기 때문에 태양계 움짤이나 그래프를 보면 조그만 게 미쳐날뛰는 있는 것을 볼 수 있다. 하지만 하루는 1408시간으로 자전주기가 공전주기의 약 60% 정도 된다. 천문관련 문제를 풀 때, 공전주기가 다른 것들보다 유난히 짧다면 거의 수성이라 봐도 된다.
태양계의 행성 간 거리를 계산해보면, 평균 거리로 따졌을 때 지구에서 가장 가까운 행성은 금성도 화성도 아닌 수성이다. 행성끼리 가장 근접했을 때의 거리로 따지면 금성이 가장 가깝지만, 평균 거리로는 수성이 훨씬 가깝다.
위와 똑같은 이유로, 태양계의 어느 행성과도 평균 거리가 가장 가까운 행성은 수성이다. 목성이건 해왕성이건 간에, 평균 거리로 따지면 태양계 한가운데에 있는 행성인 수성이 가장 가까운 행성이다.
공전 궤도의 이심률이 꽤나 큰 편에 속하기 때문에 수성에서 관측하는 태양의 크기는 커졌다가 작아졌다가 한다.

수성일을 기준으로, 수성의 적도상에서 태양의 겉보기 운동은 다음과 같다.

-동쪽에서 태양이 뜬다.
-관측자의 기준에서 천정(머리 꼭대기)에 태양이 접근하면서 크기가 점점 커진다.
-천정 부근에서 멈추었다가 다시 돌아간다!
그 뒤 다시 서쪽으로 진로를 바꾼다.
-서쪽으로 가면서 크기가 작아진다.

이런 운동을 보이는 이유는 사흘이 지날 동안 수성 기준으로 2년이 지나기 때문. 높은 궤도 이심률로 인해 근일점 부근에서는 공전 각속도가 자전 각속도보다 빨라진다.

위도와 경도가 특정한 경우에는, 태양이 동쪽에서 뜨고 진 뒤 다시 뜬 다음, 다시 서쪽에서 진 후 다시 뜨고 지는 괴이한 현상을 볼 수도 있다.

수성의 핵은 철이 풍부하며, 철질의 핵이 자전함에 따라 회전하여 자기장을 만들어낸다. 그러나 자전이 느리기 때문에 그 세기는 지구의 1% 정도로 매우 미약하다.
또 특이한 점이, 타 행성에 비해 핵의 크기가 크고 맨틀이 작다. 수성의 반지름이 약 2,400㎞인데 이 중 핵이 1,600㎞, 그러니까 행성의 75%를 핵이 차지하고 있는 특이한 행성이다.

참고로 수성의 극에는 산성인 물질이 잔뜩 있다. 이로 인해 태양의 빛과 열이 안 닿는 극지방에는 산성 물질로 된 얼음이 있을 것이라고 추정하고 있다. 그리고 얼음이 실제로 있는 것으로 밝혀졌다.