(Voyager 2/ISS images of Uranus and Neptune released shortly after the Voyager 2 flybys in 1986 and 1989, respectively, compared with a reprocessing of the individual filter images in this study to determine the best estimate of the true colors of these planets. Credit: Patrick Irwin.)
(Uranus as seen by HST/WFC3 from 2015-2022. During this sequence the north pole, which has a paler green color, swings down towards the Sun and Earth. In these images the equator and latitude lines at 35N and 35S are marked. Credit: Patrick Irwin)
보이저 2호는 40년이 지난 현재까지도 해왕성과 천왕성에 도달한 유일한 탐사선으로 남아 있습니다. 보이저 2호과 보내온 해왕성과 천왕성의 이미지가 지금까지 우리에게 가장 친숙한 해왕성과 천왕성의 이미지인 이유입니다. 당시 과학자들은 물론 일반 대중도 지구보다 더 파란 해왕성과 영롱한 청록색의 천왕성을 보고 감탄하지 않을 수 없었습니다.
하지만 세월이 흘러 과학자들은 당시 공개된 이미지가 실제 사람의 눈으로 본 것과 조금 다르다는 사실을 확인했습니다. 보이저 2호의 컬러 사진 이미지는 사실 하나의 파장에서 얻어진 사진들을 합성한 것인데, 이 과정에서 해왕성이 지나치게 파란색으로 과보정되어 지금 같은 오해를 낳았다는 것입니다.
옥스퍼드 대학의 패트릭 어윈 교수 (Professor Patrick Irwin from the University of Oxford)가 이끄는 연구팀은 허블 우주 망원경에 설치된 우주 망원경 이미지 분광기 (Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS))와 유럽 남방 천문대의 VLT 망원경에 설치된 뮤즈 (Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE)) 장치를 이용해서 해왕성과 천왕성의 정확한 스펙트럼을 분석하고 실제 사람 눈에 어떻게 보일지 재구성했습니다.
그 결과 두 행성의 색상 차이는 크지 않은 것으로 나타났습니다. 사실은 둘다 흰색이 섞인 청록색에 가까운데, 해왕성이 좀 더 파란색을 띄고 있을 뿐이었습니다. 어쩌면 다소 실망스러울 수 있는 결과지만, 사실 두 행성이 비슷한 크기와 구성을 지녔다는 점을 생각하면 당연한 결과입니다. 하지만 그렇다고 해서 이 두 행성이 나름의 개성을 지니지 않은 것은 아닙니다.
연구팀은 천왕성의 색상이 84년 공전 주기와 함께 변하는 이유도 알아냈습니다. 천왕성은 거의 90도 누운 상태로 태양 주위를 공전하는데, 이로 인해 극지방이 많은 에너지를 받고 적도 지방은 에너지를 적게 받는 현상이 일어납니다. 여기에 대기에 풍부한 메탄 가스가 붉은 색을 흡수하는 성질을 지녀 위치에 따른 색상의 변화를 만듭니다. 극지방에서는 적도 지방보다 메탄 농도가 절반 수준이라 녹색과 적색을 더 많이 반사하고 파란색을 흡수해 더 파랗게 보이는 것입니다.
(Animation of seasonal changes in color on Uranus during two Uranus years (one Uranus year is 84.02 Earth years), running from 1900 to 2068 and starting just before southern summer solstice, when Uranus's south pole points almost directly towards the Sun. The left-hand disk shows the appearance of Uranus to the naked eye, while the right-hand disk has been color stretched and enhanced to make atmospheric features clearer. In this animation, Uranus's spin has been slowed down by over 3000 times so that the planetary rotation can be seen, with discrete storm clouds seen passing across the planet's disk. As the planet moves towards its solstices a pale polar 'hood' of increasing cloud opacity and reduced methane abundance can be seen filling more of the planet's disk leading to seasonal changes in the overall color of the planet. The changing size of Uranus's disk is due to Uranus's distance from the Sun changing during its orbit. Credit: Patrick Irwin, University of Oxford)
하지만 이번 연구가 해왕성과 천왕성에 대한 모습을 모두 설명한다고 말하기는 어렵습니다. 거리가 있는 만큼 정확한 관측을 위해서는 지구에서 관측하는 것보다 목성의 본 모습을 보여준 주노 탐사선처럼 해왕성과 천왕성 주변을 돌면서 장시간 정밀 관측을 진행할 우주 탐사선이 필요합니다. 상대적으로 주목을 덜 받는 천왕성과 해왕성에 대해서도 가까운 미래에 탐사 계획이 나오기를 희망합니다.
참고
https://phys.org/news/2024-01-images-reveal-neptune-uranus.html
Patrick Irwin et al, Modelling the seasonal cycle of Uranus's colour and magnitude, and comparison with Neptune, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2023). DOI: 10.1093/mnras/stad3761
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