[과학향기 for Kids] 아름다운 천왕성의 고리, 모습을 드러내다! : KISTI의 과학향기

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[과학향기 for Kids] 아름다운 천왕성의 고리, 모습을 드러내다!

<KISTI의 과학향기> 제3030호 2024년 01월 29일

2021년 12월 25일 발사된 제임스웹우주망원경은 현존하는 우주망원경 중 최강의 성능을 지니고 있어요. 가시광선보다 더 긴 파장인 적외선 영역을 찍을 수 있어 그동안 인류가 보지 못했던 우주의 새로운 모습을 보여주고 있죠.

지난해 12월, 미국항공우주국(NASA)은 제임스웹우주망원경이 찍은 천왕성의 사진을 공개했어요. 그동안 우리가 봐 왔던 천왕성은 평온하고 조용해 보이는 청록색의 행성이었는데요, 사진 속 천왕성은 아름답게 빛나는 고리를 가진 역동적인 얼음 왕국처럼 보입니다.

그림 1. 제임스웹우주망원경이 찍은 천왕성의 사진. 13개의 고리와 고리 근처에 있는 9개의 위성이 함께 찍혔다. ⓒNASA

태양계의 행성 모두 각자의 특징을 갖고 있지만, 천왕성은 유난히 독특한 점이 많은 행성이에요. 제임스웹우주망원경이 보내온 사진을 보면서 천왕성에 대해 알아볼까요?

청록색의 아름다운 색깔은 대기 중 메탄 때문
천왕성은 태양계의 일곱 번째 행성으로, 1781년 영국의 천문학자 윌리엄 허셜이 자신이 만든 망원경으로 밤하늘을 보던 중 발견했습니다. 천왕성은 해왕성과 함께 거대한 얼음 행성으로 분류되는데요, 작은 암석으로 된 핵 주위를 물과 암모니아, 메탄으로 이뤄진 얼음이 휘감고 있어요. 대기는 메탄과 수소, 헬륨으로 이뤄져 있어요. 천왕성이 청록색을 띠는 것은 바로 대기 중의 메탄 때문이에요. 메탄이 태양 빛 중 붉은색을 흡수하고, 푸른색을 반사해 우리 눈에 푸른 빛으로 보이는 거랍니다.

그림 2. 1986년 보이저 2호가 찍은 천왕성 사진. 천왕성이 청록색으로 보이는 이유는 대기 중의 메탄이 붉은색을 흡수하고 푸른색을 반사하기 때문이다. ⓒNASA

제임스웹우주망원경이 찍은 사진에서 보듯, 천왕성은 토성처럼 여러 개의 고리를 갖고 있습니다. 총 13개의 고리를 갖고 있는데 대부분 어두운 입자로 이뤄져 있어 지구에서는 이 고리를 모두 관측하기 어려웠죠. 고리 주변에는 천왕성의 위성들도 보입니다. 천왕성은 27개의 위성을 갖고 있는데, 제임스웹우주망원경이 보내온 사진에는 9개의 위성들이 함께 찍혔습니다. 다른 행성을 공전하는 위성은 그리스 로마 신화에서 이름을 따온 반면, 천왕성의 위성에는 영국의 작가인 윌리엄 셰익스피어와 시인 알렉산더 포프의 작품에 등장하는 인물들의 이름이 붙여졌어요.

태양계 행성 중 유일하게 옆으로 누워서 자전
그런데 천왕성의 가장 독특한 점은 뭐니 뭐니 해도 ‘옆으로 누워서 자전’한다는 거예요. 우주에 있는 천체들은 고정된 축을 중심으로 회전을 하는데, 이를 ‘자전’이라고 합니다. 태양계 행성의 자전축은 보통 30° 안쪽의 기울기를 갖고 있는데요, 천왕성의 자전축은 약 98° 기울어져 있어요. 과학자들은 천왕성이 거대 위성과 충돌하면서 자전축이 크게 기울어졌을 것으로 추정하고 있어요.

그림 3. 천왕성은 자전축이 약 98° 기울어져 있어 누워서 구르듯이 자전하는 독특한 행성이다. ⓒNASA

이렇게 독특한 기울기 때문에 천왕성은 태양계에서 가장 극단적인 계절을 가진 행성이기도 해요. 천왕성이 태양을 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간(공전 주기)은 84년이에요. 천왕성의 한쪽 면이 계속 태양 빛을 받는 동안, 다른 한쪽은 42년간 춥고 어두운 겨울에 빠집니다.

이처럼 천왕성은 굉장히 흥미로운 행성이지만, 아직 밝혀지지 않은 것들이 많습니다. 천왕성을 가까이서 탐사한 우주선은 보이저 2호뿐이거든요. 1986년 1월, 보이저 2호가 천왕성을 가까이 지나가며 6시간가량 촬영한 것이 전부입니다. 2022년 NASA는 향후 태양계 행성 탐사의 최우선 순위로 천왕성 탐사를 꼽았습니다. 우리가 발견한 수많은 외계 행성 중 2000개 정도가 천왕성과 같은 얼음 행성일 것으로 추정되는데, 천왕성을 탐사한다면 얼음 행성을 이해하는 데 큰 도움이 될 것이기 때문이에요. 청록색의 얼음왕국을 탐사할 그 날을 기대해 봐요!

※ 교과서 연계 - 이번 과학향기 에피소드는 어떤 교과 단원과 관련돼 있을까?

5학년 1학기 과학 – 태양계와 별

6학년 1학기 과학 – 빛과 렌즈

글: 오혜진 동아에스앤씨 기자 / 일러스트: 유진성 작가

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