수성에 대해 알아보자.

 

 

수성에 관한 10가지 사실

1. 수성은 태양계에서 가장 작은 행성으로 지구의 달보다 약간 큰 정도이다.

2. 수성은 태양과 가장 가까운 궤도를 도는 행성이다.

3. 수성은 태양계에서 가장 빠른 행성으로 초당 48km의 속도로 태양을 88일 만에 한 바퀴 돌고 있다.

4. 수성은 암석형 행성 혹은 지구형 행성으로 지구의 달과 같이 수많은 크레이터를 가지고 있다.

5. 수성은 매우 얇은 대기층을 가지고 있으며, 대부분 산소, 나트륨, 수소, 헬륨 및 칼륨으로 구성되어 있다.

6. 수성에는 위성이 없다.

7. 수성에는 고리가 없다.

8. 강력한 태양 복사와 극한의 기온으로 생명체가 존재할 가능성은 거의 없다.

9. 수성에서는 지구에서보다 태양이 3배 이상 커 보일 것이다.

10. 마리너 10호와 메신저 호가 수성을 2번 탐사했다.

 

개요

수성(Mercury)의 이름은 고대 로마 신화의 메르쿠리우스(Mercurius)에서 유래되었습니다.
메르쿠리우스는 고대 그리스 신화 속 전령(傳令)의 신, 헤르메스(Hermes)와 동일시됩니다.
수성은 초저녁이나 새벽에 잠깐 모습을 드러내고 금세 사라져 버려 관측하기가 어렵습니다.
한 번이라도 보게 되면 '수명이 늘어나는 별(壽星)'이라는 민담도 전해집니다.

머큐리는 헤르메스처럼 날쌘 수성의 특징을 잘 표현하는 이름입니다.
실제로 수성은 태양계에서 가장 빠른 행성입니다.
무려 초속 48km의 속도(서울에서 부산을 약 9초 만에 돌파할 수 있다)로 88일 만에 태양을 한 바퀴 돌 수 있습니다.

장 밥티스트 피갈 作 ' Mercury Attaching his Winged Sandals '

수성의 공전 궤도 애니메이션 /  출처 : wikimedia commons

물리적 특성

지구에서 가장 가까운 이웃 행성은 금성이라고 생각할 수 있지만,

평균 거리를 따졌을 때 가장 가까운 행성은 수성입니다.
이 수성은 태양에서 약 5800만km 떨어진 곳에 위치해 있습니다.
이는 빛의 속도로 이동해도 약 3분이 걸리는 거리이며, 태양 지름의 약 41배나 됩니다.

수성은 1930년 2월 18일에 발견된 명왕성에게 '태양계에서 가장 작은 행성'이라는 타이틀을 빼앗기지만,
2006년 8월 24일 명왕성이 행성의 자격을 박탈당하면서 다시 태양계에서 가장 작은 행성이 됩니다.

명왕성을 발견한 클라이드 톰보

수성의 반지름은 2,440km로 지구의 1/3 수준으로, 지구의 위성인 달(Moon)보다는 크지만, 목성의 위성인 가니메데(Ganymede)나 토성의 위성인 타이탄(Titan)보다는 작습니다.

수성의 질량은 지구의 5% 수준이지만, 밀도 (5.4289g/㎤)는 지구의 98% 정도로 거의 같습니다..
중력은 지구에서 100kg인 사람이 수성에서는 37.7kg밖에 나가지 않을 정도로 약합니다.
수성은 약 2,074km를 차지하는 핵(주 성분은 철과 니켈)을 가지고 있고, 외피의 두께는 약 400km에 불과합니다. 이는 다른 지구형 행성과 비교하여 매우 얇은 것이고, 행성의 85%를 핵이 차지하고 있는 특이한 케이스입니다.

 

수성에는 산소, 나트륨, 수소, 헬륨, 칼륨 등으로 구성된 매우 희박한 대기가 존재합니다.

태양풍에 포함된 수소나 헬륨이 수성의 자기장에 붙잡히거나 미세 운석의 충돌로 인한 산소, 나트륨, 칼륨 등의 원자가 대지에서 증발되어 공급되고 있습니다.
열을 붙잡아 둘 수 없는 희박한 대기는 수성의 기온에 큰 영향을 미치게 됩니다. 

수성표면의 평균온도는 약 179도이지만,낮 동안의 온도는 430도까지 올라가며, 밤이 되면 영하 180도까지 떨어지는 등 극심한 온도변화를 보입니다.
한편 놀랍게도 1991년에는 레이더 관측으로 뜨거운 행성 수성에 얼음이 존재할지도 모른다는 가능성이 제시됩니다.

수성 북극점의 레이더 이미지

이 가설은 2012년 메신저호가 극지방의 대규모 얼음을 발견하면서 사실로 증명됩니다.

수성의 표면은 달과 유사하게 유성이나 혜성의 충돌로 인한 많은 충돌 분화구(크레이터)와 행성이 수축하면서 생긴 절벽들로 가득합니다. 세계적으로 유명한 예술가나 작의 이름이 사용된 수많은 크레이터 중에는 자랑스럽게도 한국의 위인도 존재합니다. 바로 정철과 윤선도입니다.
또한 태양계에서 가장 거대한 충돌 분화구인 칼로리스(Caloris) 크레이터 (직경 1,500km)도 빼놓을 수 없는 수성의 자랑거리입니다.

수세기 동안 수성의 같은 면이 태양을 향한다고 믿고 있었지만 (우리가 달의 한 쪽면만 볼 수 있듯이) 1965년 도플러 레이더를 사용한 관측으로 수성의 1년은 88일이고, 하루는 59일로 태양을 2바퀴 도는 동안 스스로는 3바퀴를 도는 기묘한 주기를 가지고 있다는 사실을 발견했습니다.

푸에르토리코 아레시보 천문대의 전파망원경

자전축 거의 기울어져 있지 않고 (0.01도 태양계에서 가장 작은 값) 거의 똑바로 돌기 때문에 지구처럼 계절의 변화를 느낄 수도 없고, 극지방에서는 영구히 햇빛을 받지 못하는 지역도 존재합니다.

수성의 궤도이심률은 태양계에서 가장 큽니다.(근일점이 약 0.31AU, 원일점이 약 0.47AU)

유난히 찌그러진 타원형 궤도를 가진 수성의 근일점은 100년에 574초 정도 이동을 합니다. (1초 = 1/3600도)

이중 531초는 금성 등 다른 행성의 중력효과로 설명이 가능하지만

남은 43초는 그 당시 뉴턴의 고전역학으로는 설명이 불가능했습니다.

 

궤도가 바뀌는 수성 출처 : NASA

이 질문에 대한 답은 1915년 아인슈타인이 일반상대성이론을 발표하면서 해결이 됩니다. 아인슈타인의 일반 상대성이론에 따르면 중력은 시공간을 휘어지게 만드는 원인이고 이를 통해 수성의 근일점 운동을 설명할 수 있었습니다.

 

관측과 탐사

지구에서 볼 수 있는 가장 밝은 별인 시리우스 보다 1.4배나 밝지만 태양과 워낙 가깝기 때문에 일출이나 일몰 때 잠깐만 볼 수 있어서 수성을 관측하는 것은 매우 어려운 일입니다.

< Flickr > Eddie Yip / 16.2.7

< Flickr > Eddie Yip / 22.6.24

드물게 100년에 13번 정도 한낮에 수성이 태양의 표면을 통과하는 것을 볼 수 있는 날도 있습니다.
이 현상을 트랜짓(Transit of Mercury)이라고 부르고 최근에는 2019년 11월 11일에 발생했습니다.
2022년에는 수성을 비롯한 5개 행성이 일렬로 정렬하는 보기 드문 우주쇼가 발생하기도 했습니다.

이렇듯 수성은 육안으로 관찰하기도 힘들지만, 공전속도가 빠르고 태양과 가장 가까운 곳에 위치해 있기에 탐사선이 접근하는 것조차도 매우 어렵습니다. 현재까지 수성을 방문한 탐사선은 단 2대뿐입니다.

마리너 10호와 메신저호가 그 주인공입니다.
현재 우리가 알고 있는 수성에 대한 지식은 모두 이 두 탐사선이 있었기에 가능했습니다.

매리너 10호 / 출처 :  출처 : wikimedia commons

1973년 11월 3일 지구를 떠난 마리너 10호(Mariner 10)는 인류가 수성을 연구하기 위해 보낸 최초의 탐사선이었습니다. 다른 행성에 도달하기 위해 한 행성(금성)의 중력을 활용한 최초의 우주선이기도 한 마리너 10호는 수많은 최초 기록을 따내며 1975년 3월 24일 마지막 교신까지 3번이나 수성을 탐사했습니다. 마지막 저공비행에서는 수성을 약 327km까지 접근하였습니다. 비록 수성 궤도의 기하학적 구조 때문에 표면의 45% 정도만 촬영할 수 있었지만, 망원경 관측으로는 해결할 수 없었던 수성에 대한 이해에 막대한 기여를 했습니다. 2,800장 이상의 사진을 전송했고, 수성의 약한 대기와 자기장의 존재를 밝혀냈으며, 행성의 85%를 차지하는 핵을 발견합니다. 또한 수성의 극심한 온도차를 알려준 탐사선이기도 합니다.

마리너 10호 발사

2004년 8월 3일 수성의 표면과 우주 환경, 지구화학적 탐사를 목적으로 메신저호(MESSENGER : MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging)가 발사됩니다.
메신저호는 6년 7개월 동안 78억 9000km를 비행한 끝에 2011년 3월 수성 궤도에 성공적으로 진입하게 됩니다.
메신저 호는 약 4년간 수성을 4104회 선회하면서 27만 7천 장의 사진(10TB 용량)을 촬영하여 지구로 전송하여 매리너 10호가 완성하지 못한 수성 지도를 완벽하게 완성했고, 수성의 극지방에서 얼음을 발견하는 성과를 올리게 됩니다.
2015년 4월 30일 연료를 모두 소진한 메신저 호는 초속 4km 이상의 속도로 수성과 충돌하여 지름 16m의 크레이터를 남기게 됩니다.
'인류가 수성에 남긴 첫 발자취'가 된 <메신저>라고 명명되었습니다.