태양계 이야기 16 - 천왕성의 고리와 위성

1. 천왕성의 고리

 천왕성의 고리는 태양계에서 토성 다음으로 잘보이는 고리이다. 그러나 그렇다고 이것이 아주 크고 잘보인다는 뜻은 아니다. 천왕성에 근접한다면 우리의 육안으로도 고리를 확인 할 수 있겠지만 비교적 희미한 고리라는 사실을 알 수 있다.

 (천왕성의 다소 희미한 고리와 위성들 - 멋진 일러스트다)

(천왕성의 희미한 고리 시스템)

 이 고리는 사실 보이저 2호가 1986년 천왕성을 탐사하기 이전부터 망원경 관측으로 알려져 있었는데, 심지어 1781년 이를 처음 관측한 윌리엄 허셜도 고리의 존재를 기록했다. 그러나 현대의 천문학자들은 당시의 망원경으로 과연 정말 고리를 관측했는지 의문을 표시하고 있다.

 아무튼 보이저 2호의 관측과 허블 망원경의 관측을 통해 현재 우리는 어느 정도 천왕성의 고리 시스템에 대해서 알고 있다. 토성의 고리와 비슷하게 천왕성의 고리도 위성과 연관이 있으며, 이중에는 양치기 위성도 존재한다. 토성의 고리는 넓은 폭을 가지고 있으나 천왕성의 고리는 폭이 좁아서 수 km 에 불과한 것도 있으며 20 m 가 채 안되는 두께라고 생각된다. 한마디로 토성의 B,C 고리가 거대한 천이라면 천왕성의 고리는 칼국수 같은 국수 모양이라고 할 수 있다.

(천왕성 고리의 가상 칼라 사진. 폭이 좁은 여러개의 고리가 마치 크기가 다른 국수 면발이나 실처럼 놓여져 있다)

 (보이저 2호가 보내온 고리의 사진)

 그러나 이 고리는 숫자가 많고 사이사이 위성들이 있어서 생각보다 구조는 복잡하다. 현재까지 관측으로 1986U2R/ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν, μ 고리가 알려져 있다. (아래 그림)

 (천왕성의 고리와 위성들 - 점선 (---)으로 표시된 것은 위성의 궤도이다. 굵은 실선과 색이 있는 실선들은 모두 고리이다)

 허블 우주 망원경의 관측으로 2003 년과 2005년 사이 2개의 희미한 바깥 고리가 발견되었는데 각각  μ 링, ν 링 이라고 이름 붙여졌다. (아래 사진)

 천왕성의 고리는 생성된지 6억년 이내라고 생각되며 그 기원에 대해서는 역시 위성끼리의 충돌 후 파편등의 가설이 제시되고 있다.

2. 천왕성의 위성

 지금까지 발견된 천왕성의 위성은 27개이다. 천왕성의 위성들은 비교적 크기가 작은 편에 속한다. 가장 큰 위성인 티타니아도 지름이 1578km 에 불과해 지구의 달보다도 훨씬 작다. 윌리엄 허셜은 이미 티타니아와 오베론의 두 위성을 관측하였고, 이후 윌리엄 라셀은 움브리엘과 아리엘 두개의 위성을 추가로 발견했다.

(천왕성의 주요 위성들 - 왼쪽부터 퍽, 미란다, 아리엘, 움브리엘, 티타니아, 오베론이다. 이 위성들을 빼고는 선명한 사진이 별로 없다)

(위성과 고리 시스템)

 위성들의 명칭은 세익스피어의 희곡들과 알렉산더 포페의 '머리카락을 훔친자 (The Rape of the Lock ) 에서 나왔다.

 한가지 흥미로운 것은 천왕성에도 토성같은 양치기 위성이 있다는 것이다. 오펠리아와 코넬리아 두 위성은 ε 링의 안과 바깥에서 이 고리의 물질이 흩어지지 못하게 중력으로 감시하고 있다. 물론 천왕성은 위성과 고리가 서로 위치가 많이 겹치기 때문에 이는 당연한 일일 수도 있다. (아래 사진)

 주요 5대 위성들인 미란다, 아리엘, 움브리엘, 티타니아, 오베론에 대해서 간략히 알아보자

 미란다 (Miranda) : 평균 지름 470km 의 작은 위성은 천왕성에서 불과 12만 9천 km 떨어진 궤도 를 돌고 있다. 이 위성의 특징은 표면에 할퀸듯한 자국이 있다는 것이다. 이것은 토성의 엔셀라두스등에서 볼 수 있듯이 조석 작용에 의한 것으로 생각된다. 주 구성 성분은 얼음이고 일부 암석이 있는 것 같다. 보다 큰 위성인 움브리엘과 3:1 로 공전주기가 동조되어 있다.

(뭔가 심하게 할퀸 듯한 미란다의 모습)

 아리엘 (Ariel) : 이 위성은 천왕성에서 19만 km 떨어져 있으며 지름 1158km 정도 되는 위성이다. 70% 정도는 얼음이고 30%는 규산질 암석으로 추정된다. 이 위성 역시 미란다 보다 덜하지만 조석 작용에 의해 표면에 할퀸 듯한 계곡이 형성되어 있다.

(아리엘의 모습)

 움브리엘 (Umbriel) : 이 위성은 대략 크기가 지름 1150km 정도인것 같은데 정확히 아리엘보다 더 큰지 작은지 확실치는 않다. 아무튼 비슷한 크기라고 생각된다. 천왕성에서 26만 6천 km 떨어진 지점을 공전한다. 주로 얼음으로 된 위성이고 표면은 크레이터로 덮혀있다. 메탄도 일부 있다고 보인다.

(크레이터로 덮힌 움브리엘)

티타니아 (Titania) : 이 위성은 천왕성의 위성 중 가장 크다. 이름은 사실 토성의 위성인 타이탄과 같다고 할 수 있지만 이 명칭은 신화가 아니라 세익스피어의 희곡 '한여름밤의 꿈'에 나오는 요정 왕국의 왕비이다. 지름은 1578km 이며 천왕성에서 평균 43만 6천 km 떨어진 지점을 돌고 있다. 역시 주로 얼음과 암석으로 구성되어 있다고 생각된다.

 오베론 (Oberon) : 이 위성은 5대 위성 중 가장 바깥을 돌고 있으며 천왕성에서의 거리는 58만 km 이고 지름은 약 1524km 정도이다. 역시 얼음과 암석으로 된 위성으로 보인다. 이 위성에 표면에는 비교적 큰 크레이터가 있는데 이중 가장 큰 크레이터는 햄릿이라는 재미있는 이름을 하고 있다.

(오베론의 모습)

(다음에 계속됩니다.)