[태양계 행성과 작은가족] 2.금성(金星, Venus) 비너스

태양계 행성과 작은가족

[2]금성 (金星, Venus 비너스)

구분: 내행성 / 지구형 행성
평균지름: 12,103.7km
표면적: 4.60×108㎢
질량: 4.869×1024 kg
태양 기준 거리: 0.723332 AU
(약 1억 849만 9800km)
원일점: 0.728213 AU
근일점: 0.718440 AU
이심률: 0.006772
공전 주기: 224.701일
자전 주기: 243.025일
자전축 기울기: 177°
대기압: 9.2 MPa
대기 조성: 이산화탄소 96.5%, 질소 3.5%, 이산화황 0.015%, 아르곤 0.007%, 수증기 0.002%, 일산화탄소 0.0017%
평균 온도: 730K(섭씨 457도)
최고 온도: 773K(섭씨 500도)
최저 온도: 228K(섭씨 -45도)

[태양계의 행성과 작은가족]

1. 금성(Venus)의 유래

서양에서는 금성을 로마 신화의 아름다움의 신 '베누스'에서 따온 비너스(Venus)라고 부르고 있다.
메소포타미아에서는 금성의 밝은 아름다움 때문에 미의 여신 '이슈타르'라 불렸고, 그리스에선 '포스포로스' 또는 '헤스페로스'라고 불렸다.
현대 그리스에서는 '아프로디테(Αφροδίτη)'등 세계 각국에서 금성의 이름을 아름다운 여성의 이름으로 붙인 경우가 많다.

기독교에서는 라틴어로 '빛을 가져오는 자'(루시퍼, Lucifer)라 불렀다. 모든 것을 압도하는 빛과 고고함에서 유일신으로 모시는 가장 고위의 천사(그리고 나중에 지옥으로 떨어지는 타락천사)의 이름으로 주어진 것이다. 그리고 불교에서는 석가모니가 금성이 빛나는 것을 보고 진리를 발견했다고 전해진다.

터키어로는 zühre(쥐흐레)혹은 çobanyıldızı(초반이을드즈)라고 부르는데 '목동별'이라는 뜻이다.
유래는 목동들이 이 별이 뜰 무렵에 깨어나 양떼를 이끌고 고원으로 올라갔다가 해가 넘어가고 나서 다시 이 별이 뜨면 집으로 돌아 갔다는 데서 비롯되었다고 한다.
한자문화권에서 부르는 명칭 금성(金星)은 음양오행 중 하나인 금(金)에서 유래했다. 이전에는 태백(太白) 등으로도 불렸다. 다른 한자명으로 계명성이라고도 한다. 일본에서는 과거 하지로보시(緞白星, 단백성)라고 불렀다.

순우리말로는 '샛별', '개밥바라기'라고 부르며, 보통 새벽에 뜬 금성을 '샛별', 해질녘에 밝게 빛나는 금성을 '태백성'이라고 부른다.



2. 금성은 태양계의 가장 밝은 별?

해뜨기 전 동쪽 하늘이나 해진 후 서쪽 하늘에서 보이지만 금성의 대기는 두꺼운 이산화탄소로 덮여 있기 때문에 망원경으로는 표면이 보이지 않아서 파장이 긴 전파를 이용해 관측하고 있다.

금성은 지구에서 관측할 수 있는 천체 중에서 3번째로 밝다.
첫 번째는 태양, 두 번째는 달이므로 흔히 사람들이 생각하는 '별' 중에서는 가장 밝은 천체. 가장 밝을 때의 금성은 겉보기 등급 -4.9로, 가장 밝은 항성인 시리우스보다 25배 이상 밝다.

또한 매우 화려한 밝은 노란색을 띄기 때문에 '비너스'나 '루시퍼'처럼 아름다운 것들의 이름을 가지고 있는 것.
지구와 가장 가까워서 제일 밝아 보이는 것도 이유겠지만, 수성이나 화성이 금성보다 가까이 있을 때도 금성이 더 밝다. 사실 금성의 반사율이 약 70%로 태양계의
모든 천체 중에서 태양 빛을 제일 잘 반사시킨다.

기묘하게도 금성의 태양일은 지구와 금성의 회합 주기의 5분의 1과 거의 정확히 일치한다. 이것이 지구의 영향으로 궤도 공명이 일어났기 때문인지, 아니면 순전히 우연의 일치인지는 아직 밝혀지지 않았다.

3. 금성의 탄생과 형성과정

금성은 탄생한 직후 미행성와 여러 번 충돌하여 지표가 가열되고 휘발성 강한 수증기와 일산화탄소의 증발이 활발히 일어나며, 그 후 수증기와 일산화 탄소를 주성분으로 한 금성의 원시 대기가 만들어진다.

고온이 된 지표는 뜨거운 마그마의 마다로 뒤덮이게 된다. 태양에 가까워 냉각이 느렸고 태양의 온도가 초기보다 증가함에 따라 금성의 지표면이 다시 뜨거워지고
수증기가 바다가 되어 떨어지기 전에 태양의 강력한 자외선에 대기 중에 있던 수증기가 모두 분해되어 바다는 증발한다.

증발된 수증기는 태양 자외선에 의해서 수소와 산소로 분해된다. 가벼운 수소는 대부분 금성에서 탈출하고, 결국 이산화탄소가 금성 대기의 주성분이 된다. 이산화탄소 대기의 온실 효과로 지표는 고온 상태가 되고, 화산 활동이 활발해지면서 황산 구름이 형성되어 현재의 금성과 비슷한 모습이 만들어진다.


실제 금성에는 증기의 형태로 남아있는 수분조차 거의 없는데, 그 이유는 지구와는 달리 금성의 자전이 워낙 느려 자기장이 별로 형성되지 못한 탓에 태양에서 뿜어져 나오는 태양풍을 막아내지 못했기 때문이다.
태양풍은 대전 입자로 구성되어 있기 때문에, 액체성 외핵의 대류 활동과 빠른 자전 속도에 의한 다이나모(Dynamo) 현상으로 인해 만들어지는 자기장이 있느냐 없느냐의 차이는 대단히 크다고 한다.
지구도 지구자기장이 없었다면 일찌감치 금성이 됐을 거라고. ㄷㄷㄷ
우리지구의 굳건한 자기장 칭찬해에에ㅔㅔ


정기적으로 불어 닥치는 태양풍은 태양계 최고의 자연 재해로 악명 높다. 유인 우주선 계획이 지지부진한 이유나 인공위성의 트러블도 보통 이것 때문이다.
이 태양풍의 부산물이 바로 '오로라(Aurora)'다.
보기에는 예쁘지만 그 안에는 생물을 전자레인지 속의 음식물처럼 만들어 버릴 흉악함이 있다. 태양풍이 제대로 부는 날에는 지구에도 온갖 전자기기들이 작동되지 않는 등 난리가 나곤 한다.

이렇게 치명적으로 멋진 오로라가 흉악범이라니 따흑 그래도 우리지구는 소듕한 자기장이 있으니까 볼 수 있는 이 아름다움에 치얼스

태양풍에 휩쓸려 증발된 수증기는 태양 자외선에 의해서 수소와 산소로 분해된다. 가벼운 수소는 대부분 금성에서 탈출하고, 결국 이산화탄소와 무거운 황산 등의 물질들만 남아 금성 대기의 주성분이 된다.
이산화탄소 대기의 온실 효과로 지표는 고온 상태가 되고, 화산 활동이 활발해지면서 황산 구름이 형성되어 현재의 금성과 비슷한 모습이 만들어졌다.


[금성의 형성과정 요약]

태초의 행성 생성 → 자전 속도가 느려서 자기장이 만들어지지 않음→ 자기장 실드가 없어져서 태양풍에 취약해짐 → 정기적으로 태양풍이 불어와서 수분을 모두 증발시키고 이산화탄소를 만듦 → 잇따른 화산 활동으로 대량의 이산화탄소와 황산이 대기 중에 떠돎 → 대기 중의 이산화탄소로 인해서 온실효과 발생 → 이하 무한반복

4. 금성의 대기 (feat. 지구온난화의 표본쓰)

금성 대기의 주성분은 이산화탄소이다. 대기의 96.5%를 이산화탄소가 차지하고 있으며, 나머지 3.5%는 대부분 질소 분자가 차지한다. 그 외는 아르곤, 이산화황, 일산화탄소, 물 등이 있다.

금성은 90기압의 고밀도 대기를 가지고 있다.
이는 지구의 해수면 밑 800m 깊이의 압력과 같다.
또한 금성의 400도가 훌쩍 넘는 높은 온도 때문에 지구라면 액체나 고체상태로 있을 물질들까지 모두 증발하여 현재 관측된 금성의 대기분석 주성분은 농도가 매우 짙은 이산화탄소이다.

이는 흔히 알고 있는 온실효과의 결과물이며, 과거에 금성이 온실효과의 폭주현상으로 인해 온도가 급상승했었다는 것을 알려준다.

5. 금성은 지구와 닮은 행성?

금성의 특별한 점은 우리 지구와 물리량이 매우 비슷하다는 점으로, 크기와 지각 구성 물질도 지구와 비슷하다. 흔히 지구와 비슷한 행성은 화성으로 생각하지만 사실은 금성이 지구에 더 가깝다.

태양과 달을 제외하면 지구에서 가장 밝게 보이는 천체이게도 하고 태양계 행성들 중 지구와의 평균거리도 가장 가깝다. 만약 금성의 환경이 인간 친화적(?)이었다면 우주 개발의 방향은 화성이 아니라 금성으로 향했을 것이다. 거리가 가깝고 태양광으로 전력을 쉽게 공급받는 것은 우주탐사에서 큰 이점으로 작용한다.

금성은 단지 지구보다 태양에 가까웠다는 이유 때문에 불지옥이 된 불운한 행성이기도 하다. 그러나 금성의 지각 활동은 현재 멈춰 있는 사망R.I.P 상태로, 금성을 지금의 지구 위치로 옮긴다고 해서 지구처럼 생명이 살 수 있는 환경이 조성될 것이냐에 대해서는 회의적인 학설도 분분하다. 지구가 살아있는 행성인 이유는 적당한 거리뿐 아니라 끊임없는 지각 활동으로 물질이 활발히 생성 및 소멸하기 때문이다.

금성의 지표를 연구하는 일은 쉽지 않다. 짙은 대기에 가려서 금성 표면이 보이지 않고, 탐사선을 이용하면 금성의 고온과 고밀도 대기 탓에 기능이 정지되어 오랜시간 연구를 할 수 없었으나 기술의 발전으로 전파를 통해 금성의 두꺼운 대기를 뚫고 지표를 관측할 수 있게 되었다.

금성의 전체적인 지형을 보면 남쪽과 북쪽 부분은 상당한 차이가 있다. 북쪽의 지역은 구덩이가 거의 없는 고원지대로 산들이 많고, 남쪽지역은 상대적으로 평평한 구덩이들이 많다. 금성의 내부 구조는 아직 잘 알려지지 않았다.

지구 온난화를 언급하면서 자주 회자되는 행성이며, 실제로도 온실효과의 표본이다.
지구 온실효과 최악의 결과물은 금성각ㄱㄱㄱ
대기의 대부분이 이산화탄소이며, 엄청난 온실효과로 인해 지표의 기온은 무려 459℃에 달한다. 또한 대류권이 지표에서 80km까지 존재하기에 엄청난 힘의 대류운동이 일어나 평균 풍속이 360m/s나 된다. 태풍 매미의 풍속이 50m/s였다는 걸 생각하면 금성의 풍속은 상상하기 어려울 정도로 강력하다.

더군다나 구름이 온통 고농축 황산이라 비가 내릴 때는 황산비가 내린다. 물론 황산비는 내리다가 뜨거운 이산화탄소 대기의 열기 덕분에 다시 증발해서 왔던 곳으로 돌아가고, 다시 쏟아지다가 증발하면서 올라가는 걸 반복하기 때문에 단 한 방울도 땅에 도착하지 못한다. 지옥이 따로 없다.함정은, 비가 땅에 도착한다면 더 지옥도가 된다는 것-
하늘에서 비가 내리긴 하는데, 땅바닥은 바싹 타들어간 행성이다. 지구에서 발생하는 유사항 현상이 Virga

Virga is rain that doesn't reach the ground

다만 황산 구름이 존재하는 대기층은 금성치고 기압이나 온도, 구성물질비율이 미생물 따위가 살 정도로 안정적이기 때문에, NGC의 우주의 미스테리 다큐멘터리를 보면 황산구름 속에서 미생물이 살 가능성이 분명히 존재한다고 한다. 실제로 천문학계에서 금성의 대기층에 미생물이 살고있을 가능성에 대해서는 여러 가설이 많지만 일단 긍정론과 부정론으로 나눌 수 있다.

현재로선 태양계에서 달과 반대로 금성은 이미 죽은 행성이다. 지질 구조가 죽어서 행성의 물질생성/소멸이 종료된 상태이기 때문이다.



6. 금성의 시간은 거꾸로 흐른다?

금성의 궤도는 다른 행성들의 궤도에 비하여 가장 원에 가깝다. 그리고 공전 주기는 지구보다 140여 일 적은 약 225일이며, 레이더 관측에 의해 알아낸 금성의 자전주기는 약 243일이다. 공전주기와 자전주기가 비슷하여, 금성에서의 하루는 지구의 시간으로 117일이 된다.

또한 거꾸로 자전하기 때문에 정말 해가 서쪽에서 뜬다. '해가 서쪽에서 뜨겠네'는 농담아닌 진담쓰 ㄷ ㄷ
금성은 대부분의 행성들과 반대로 자전을 하기 때문에 지구의 북극에서 바라볼 때 시계방향으로 자전을 하는 것이다.
금성의 자전축은 적도 면에 대략 3° 기울어진 177°로,
3°가 아닌 177°를 사용하는 것은 금성의 역회전을 포함하는 수치다.
자전축이 180° 에 가깝게 뒤집혔기 때문에 다른 행성들과 달리 시계방향으로 자전한다.

금성이 만들어질 때 같은 공전 궤도를 돌고 있던 또 다른 행성이 합쳐졌거나, 외계에서 소행성이 날아와 충돌하면서 그 충격으로 반대로 돌아갔다는 설이 있다. 이중 전자의 경우 지구와 동일 궤도에 있던 다른 행성이 충돌해 달이 형성되었다는 설과 비슷하다.

금성 이외에 대부분의 행성에서는 태양이 동쪽→서쪽으로 지지만 금성에서는 서쪽→ 동쪽으로 진다. 금성의 자전이 왜 역방향인지는 알 수 없으나, 태양과 다른 행성들의 중력 섭동이 큰 영향을 준 것으로 추측되고 있다.
태양과 행성들로부터 섭동을 받은 금성은 자전축이 크게 변하게 된다. 그리고 두꺼운 대기 또한 조석력에 의해 금성의 자전에 영향을 미치게 되고, 이를 시뮬레이션에 대입하면 현재와 같이 금성의 자전 속도는 느려지고 역회전을 하게 된다.

이런 최종적인 결과의 과정은 두 가지로 추측된다. 한 가지는 자전축이 180°로 뒤집혀 역회전을 하는 것이고, 다른 하나는 기울기의 변화 없이 자전 속도가 느려지고 결국 조석에 의하여 느린 역회전을 하게 된 것이다.

금성에는 자기장이 측정되지 않는데, 금성의 핵은 금속성이면서 부분적으로 용융상태이다. 따라서 지구처럼 자기장을 가지고 있다고 추측하였으나 실제로 자기장은 측정할 수 없을 정도로 작거나 존재하지 않았다.

이는 금성의 느린 역행 자전 속도에 의한 것으로 알려져 있다. 천천히 역회전하는 금성의 자전은 순방향에서 역방향으로의 전환으로 설명할 수있는데, 이에 자기장 또한 현재 역전되고 있어서 거의 존재 하지 않는다고 추측된다.

7. 금성 탐사계획(feat. 열기구 지옥헬잼 여행각)

1960년대 초까지만 해도 사람들은 금성을 아열대 기후를 가진 지상낙원으로 상상했다. 미국의 어떤 천문학자들은 '플로리다 해변 같은 날씨가 아닐까?' 하고 생각했... 그러나 현실은 지옥 그 자체였다.
소련의 베네라 탐사선을 통해 흑체 복사 온도를 계산해보니 표면 온도가 영상 27도(300K) 정도였다. 금성의 두터운 대기가 폭발적 온실효과를 일으킨 결과가 지금의 모습.

현재 금성에서 이산화탄소를 제거하고 대기량을 지구만큼 줄이면 실제 온도가 40도~60도는 나온다. 이 정도면 물도 존재하고 식물과 미생물도 살 수 있고, 인간도 우주복을 입고 열보호 장치가 있다면 살 수 있다.
참고로 흑체 복사 온도를 통해 산술적으로 계산한 지구의 온도는 255K(영하 18도)이다. 튼튼한 온실 효과 덕분에 30도 이상 올라가 따뜻한 행성이 되었다.

소설에서 '금성인'은 화성인에 비하여 소재로서 관심이 낮은 분위기였지만 그럼에도 간간이 금성인을 주제로 한 작품은 나왔다. 그러다 소련의 베네라 시리즈 탐사선(7~16호)이 사실을 밝혀주면서 거의 사라졌다.

금성의 미래 탐사는 풍선을 통한 탐사가 될 것이다. 지상은 지구의 90배에 달하는 어마무시한 기압이 짓누르는 상황에서 섭씨 465도에 달하는 미친듯한 고온과 초속 100km가 넘는 미친듯한 폭풍이 몰아치는 지옥이기 때문에 연약한 탐사선 따위는 도저히 버틸 수가 없어 지금까지의 기술과 이론으로 봤을 때 이 방법이 가장 현명하다.
처음으로 착륙해서 교신하는데 성공한 베네라 7호는 고작 35분만에 통신이 두절되었고, 그나마 가장 오래 버텼던 베네라 13호도 127분이 한계였다. 과거 소련에서도 베가1, 베가2 탐사선을 보내 풍선을 통해 공중에 띄우는 방식으로 탐사를 성공한 적이 있다. 이들은 각각 공중에서 10000km 정도를 이동한 뒤 통신이 두절되었다.


[베네라 프로젝트:Venera project]

소련은 1961년부터 1984년까지 금성에서 자료를 얻기 위해 탐사선을 보내기 시작했다. 베네라 1호부터 16호까지 탐사선을 보내 금성의 데이터를 수집했는데 1호, 2호는 지구 궤도를 벗어난 후 통신 작동 불능으로 실패해 베네라라는 이름을 부여 받지 못했다.

여러 번의 실패를 거듭한 이후 1965년 11월 16일 발사된 베네라 3호가 약 4개월 만에 금성의 대기에 진입해 지면에 충돌하였다. 이로써 베네라 3호는 인류가 만든 물체 중 처음으로 다른 행성에 충돌 시킨 물체가 되었다.

그 후 4호에서 6호까지 탐사선을 보내 대기를 측정하고 표면 위 거리를 좁혀 나가기 시작했다. 물론 이 사이에도 지구 궤도 탈출에 실패한 탐사선들도 존재했다. 이 실패한 탐사선들은 '코스모스'라는 명칭이 부여되었다. 코스모스는 지구 궤도를 도는 인공위성에 붙이는 이름이기도 하다.


그리고 마침내 1970년 12월에 베네라 7호를 금성에 제대로 착륙시켜 23분간 자료를 수집하는 데 성공했다. 강하 속도가 60km/h로 매우 빨라 거의 지면에 쳐박힐 정도였지만[4] 다행히 고장이 나지 않고 무사히 데이터를 전송시킬 수 있었다고 한다. 원래는 지표면의 사진을 찍어 전송해야 했지만 불안정한 착지로 인하여 안테나의 방향이 지구가 아닌 다른 곳으로 향해 있어 안타깝게도 실패하였고, 베네라 9호와 10호를 착륙시키고 나서야 사진을 전송하는 데 성공할 수 있었다.

베네라 11호와 12호는 둘 다 카메라 작동에 실패하였지만 12호는 110분 동안 생존하였고, 번개로 의심되는 현상을 기록하기도 했다.

1982년 3월에 금성에 도착한 베네라 13호는 동체에 티타늄을 사용하고 카메라 렌즈는 수정으로 깎은 데다 액체 질소 냉각 시스템까지 탑재하여 금성의 열기를 견딜 만반의 준비를 갖추었다. 예상 한계치는 30분 남짓이었으나 다행히 127분간 동작할 수 있었고, 금성의 표면을 컬러 사진으로 촬영하여 전송하는 공적을 세웠다. 물론 지금은 금성의 열기를 견디지 못하고 완전히 망가진 잔해 수준이 되었을 것으로 추정된다.

보름 정도 간격으로 비슷한 시기에 발사된 14호도 쏠레아이트 현무암을 발견하는 성과를 거두었다.
15호와 16호는 거의 비슷한 시기에 발사되어 레이더 지도를 작성하였고, 1985년 6월 베가 1호, 2호를 끝으로 베네라 프로젝트는 종료된다.


[금성의 베네라-D 계획과 NASA의 LLISSE]

수억 달러 들여 탐사선 만들어 한 번 보내놓으면 몇 년이고 탐사가 가능한 화성과 달리, 금성 지표면 탐사는 현재 기술로는 아직까지 수억 달러 들여 탐사선 만들어 보내놔도 1시간을 못 버티고 박살이 나서 금성 탐사는 투입 자본 대비 연구효율이 극악이다.

그래서 금성 탐사는 금성 탐사에서 유독 일이 잘풀리던 러시아(구 소련) 정도나 관심을 가지고 있다. 실제로 차기 금성 지표면 탐사선 발사계획은 러시아가 2026년에 발사할 신-베네라 착륙탐사선 계획이다.

그러던 중 NASA에서 LLISSE(Long-Lived In-Situ Solar system Explorer) 프로젝트를 공개하면서 금성 탐사의 여지가 부활했다.# 간단히 말해서, 금성의 환경에서 60일을 버티는 것을 목표로 탐사선 개발이 진행 중이다. 소련이 티타늄으로 탐사선을 도배하고도 2시간을 살짝 넘기는 데 그쳤는데, 어떠한 첨단기술과 신소재를 사용하기에 60일을 버틸 수 있다는 건지 놀라울 지경.
다만, NASA가 직접 금성 탐사를 하는 건 아니고 상술한 러시아의 신 베네라 계획에 협조하여 러시아가 발사체와 우주선을 만들고, NASA가 LLISSE 탐사선을 제공하는 형식으로 갈 듯하다.# 금성의 가혹한 환경 때문에 탐사선 크기를 최소화시키고 카메라를 탑재를 포기, 즉 사진 촬영을 포기하고 오로지 센서만을 탑재하여 금성의 상황을 관측할 예정이다.

결국 NASA와 러시아 연방 우주국이 연합하여, 베네라-D 계획이란 이름으로 2020~2030년 사이에 금성 탐사 위성을 발사하는것으로 합의 하였다. 탐사선은 NASA에서 제작한 기구형 비행체와 러시아 연방 우주국에서 제작한 착륙선으로 구성되며, NASA의 기구형 비행체가 러시아 연방 우주국의 착륙선을 내려 보내는 구조로 구성되어 있다. NASA의 기구형 탐사선은 그나마 온도와 기압이 낮은 금성의 대기를 비행하기 때문에 60일 이라는 긴 수명을 가질 수 있고, Roscosmos의 착륙선은 기존의 베레나 계획에서 사용되었던 탐사선 처럼 수명이 짧을 것으로 예상되나 지표면에 직접 착륙하기 때문에 많은 정보를 보낼 수 있을 것으로 기대된다.