해왕성(Neptune)

해왕성(Neptune)

해왕성(Neptune)은 태양에서 8번째 행성으로 태양계에서 가장 먼 행성입니다. 지름으로 태양계에서 네 번째로 큰 행성이고 세 번째로 질량이 큰 행성이며 가장 밀도가 높은 거대 행성입니다. 해왕성은 지구 질량의 17배이며, 거의 천왕성보다 약간 큽니다. 해왕성은 천왕성보다 밀도가 높고 물리적으로 작습니다. 왜냐하면 그 질량이 클수록 대기의 중력 압축이 커지기 때문입니다. 주로 기체와 액체로 구성되어 있으며 명확하게 정의된 고체 표면을 가지고 있지 않습니다. 해왕성은 평균 30.1 천문단위(45억 킬로미터, 28억 마일)의 거리로 164.8년에 한 번 태양 주위를 돌고 있습니다. 로마신화의 바다의 신 이름을 따서 지어졌으며, 해왕성의 삼위일체를 나타내는 천문학적 기호 ♆가 붙어 있습니다. 해왕성은 육안으로는 보이지 않지만 경험적 관측이 아닌 수학적 예측에 의해 발견되는 태양계의 유일한 행성입니다. 천왕성 궤도의 예상치 못한 변화로 알렉시스 부바드는 그 궤도가 미지의 행성에 의한 중력 섭동의 대상이라고 가정했습니다. 부버드 사후 해왕성의 위치는 존 카우치 애덤스와 울바인 르 벨리에에 의해 독립적으로 해왕성의 관찰에서 발견되었습니다. 해왕성은 그 후 1846년 9월 23일 요한 갈레에 의해 망원경으로 관측되었습니다. 해왕성의 가장 큰 달인 트리톤은 그 직후에 발견되었지만, 20세기까지 지구상에 남아 있는 14개의 알려진 달 중 어느 것도 망원경으로 관측된 적이 없었습니다. 지구에서 지구까지의 거리는 매우 작아서 지구 기반 망원경으로 연구하는 것은 어렵습니다. 해왕성은 1989년 8월 25일 보이저 2호가 행성을 통과했을 때 관측 되었습니다. 보이저 2호는 해왕성을 방문한 유일한 우주선으로 남아 있습니다. 허블우주망원경과 적응광학을 갖춘 대형 지상망원경의 등장으로 최근에는 멀리서 더욱 상세한 관측이 가능해졌습니다. 가스 거인(목성이나 토성)과 마찬가지로 해왕성의 대기는 주로 수소와 헬륨으로 구성되어 있으며 탄화수소나 질소의 흔적도 있지만 물, 암모니아, 메탄 등 얼음의 비율이 높아지고 있습니다. 천왕성과 마찬가지로 내부는 주로 얼음과 바위로 구성되어 있으며, 두 행성은 보통 그것들을 구별하기 위해 '얼음 거인'으로 여겨집니다. 레일리 산란과 함께 가장 바깥 영역에 있는 메탄의 흔적은 행성의 파란색 외관을 부분적으로 설명합니다. 제미니 천문대의 최신 데이터에 따르면 해왕성의 활동적인 대기의 얇은 안개 때문에 천왕성에 존재하는 것보다 파란색이 포화되어 있습니다. 천왕성의 흐릿한, 비교적 특징이 없는 대기와는 대조적으로 해왕성의 대기는 활발하고 눈에 보이는 기상 패턴을 가지고 있습니다. 예를 들면 보이저 2호가 1989년 비행했을 때 행성의 남반구에는 목성의 대적점과 맞먹는 대흑점이 발견 되었습니다. 보다 최근에는 2018년에 새로운 메인 대흑점과 작은 대흑이 특정되어 연구되었습니다. 또한 이러한 기상 패턴은 태양계 행성 중 가장 강한 지속적인 바람에 의해 구동되며 기록된 풍속은 2,100km/h (580m/s,1,300mph)입니다. 태양으로부터의 거리가 크기 때문에 해왕성의 외기는 태양계에서 가장 추운 곳 중 하나이며 구름 꼭대기 온도는 55K(-218℃,-361 F)에 가까워지고 있습니다. 행성의 중심부 온도는 약 5,400K(5,100℃,9,300 F)입니다. 해왕은 희미하고 단편화된 링 시스템('아크'라고 라벨 부착)을 가지고 있으며 1984년에 발견되었고 후에 보이저 2에 의해 확인되었습니다.

해왕성의 특성

해왕성의 질량은 1.0243x1026kg 으로 지구와 더 큰 가스 거인(목성,토성)의 중간이며 지구의 17배이지만 목성의 1/19밖에 되지 않습니다. 1bar에서의 중력은 11.15m/s2이며 지구 표면 중력의 1.14배이며 목성에 비해서는 작습니. 해왕성의 적도 반경은 24,764km로 지구의 거의 4배입니다. 해왕성은 천왕성과 마찬가지로 얼음 거인으로 거대한 행성의 하위 클래스입니다. 왜냐하면 그것들은 목성이나 토성보다 작고 고농도의 휘발성을 가지고 있기 때문입니다.외계 행성 탐색에서 해왕성은 메타명사로 사용되어 왔습니다. 과학자들이 다양한 외계 천체를 '쥬피터'라고 부르듯이, 발견된 질량이 비슷한 천체는 종종 '넵튠즈'라고 불립니다. 해왕성의 내부 구조는 천왕성과 비슷합니다. 그 대기는 질량의 약 5~10%를 형성하며, 아마도 중심부를 향해 10~20%의 압력에 달해 지구 대기의 약 10만 배에 이릅니다. 메탄, 암모니아, 물의 농도가 상승하고 있는 것을 대기 하부 지역에서 볼 수 있습니다. 맨틀은 지구 질량 10~15배에 해당하며 물, 암모니아, 메탄이 풍부합니다. 행성과학의 관례로 이 혼합물은 뜨겁고 밀도가 높은 유체(초임계 유체)임에도 불구하고 얼음이라고 불립니다. 높은 전기 전도율을 가진 이 유체는 때때로 물 암모니아 해라고 불립니다.맨틀은 물 분자가 수소이온과 산소이온 수프로 분해되는 이온수층과 산소가 결정화되지만 수소이온이 산소격자 내에서 자유롭게 부유하는 초이온수층으로 구성되어 있을 수 있습니다.수심 7,000km에서 메탄이 다이아몬드 결정으로 분해되고 우박처럼 아래로 비가 내립니다.과학자들은 또한 이런 종류의 다이아몬드 비는 목성, 토성, 천왕성에서 발생한다고 보고 있습니다.로렌스 리버모어 국립 연구소에서의 매우 고압적인 실험에 의해 맨틀 상부는 부유하는 고체 '다이아몬드'를 가진 액체 탄소의 바다일 가능성이 시사되고 있습니다. 해왕성의 핵은 철, 니켈, 규산염으로 구성되어 있으며 내부 모델은 지구의 약 1.2배 질량을 줍니다.중심부 압력은 7Mbar(700GPa)로 지구 중심부 압력의 약 2배이며 온도는 5,400K일 가능성이 있습니다. 고고도에서는 해왕성의 대기는 80% 수소, 19% 헬륨입니다. 미량의 메탄도 존재합니다. 메탄의 현저한 흡수대는 스펙트럼의 빨간색과 빨간색 부분에 600nm 이상의 파장으로 존재합니다. 천왕성과 마찬가지로 대기 중 메탄에 의한 이 적색광의 흡수는 해왕성 그 청색의 일부이지만, 해왕성의 청색은 천왕성의 보다 온화한 하늘색과는 다릅니다. 해왕성의 대기는 두 가지 주요 영역으로 세분화되어 있습니다. 고도와 함께 온도가 저하되는 낮은 대류권과 고도와 함께 온도가 상승하는 성층권입니다. 양자의 경계인 트로포포즈는 0.1바(10kPa)의 압력에 있습니다. 이후 성층권은 10-510-4바(110Pa)보다 낮은 압력으로 열권에 길을 내줍니다.열권은 서서히 외기권으로 전환 됩니다. 모델은 해왕성의 대류권이 고도에 따라 다양한 조성의 구름에 의해 대상이 되고 있음을 시사합니다. 상층 구름은 메탄이 응축하기에 적합한 온도인 1개의 바 아래 압력에 있습니다. 1~5바(100~500kPa)의 압력에서는 암모니아와 황화수소 구름이 형성된다고 생각됩니다. 5바 이상의 압력 구름은 암모니아, 황화암모늄, 황화수소, 물로 구성되어 있을 수 있습니다. 얼음의 더 깊은 구름은 온도가 273K(0℃)에 달하는 약 50바(5.0MPa)의 압력으로 찾아야 합니다. 그 아래에는 암모니아와 황화수소 구름이 있을지도 모릅니다.해왕성의 고고도 구름이 아래 불투명한 구름 데크에 그림자를 드리우고 있는 것이 관찰되고 있습니다. 또한 일정한 위도로 행성을 감싸는 고고도 구름대가 있습니다. 이 원주대들은 폭이 50~150km로 구름대 위에 약 50~110km 있습니다. 이러한 고도는 날씨가 발생하는 층, 대류권에 있습니다. 기상은 더 높은 성층권이나 열권에서는 발생하지 않습니다. 해왕성의 스펙트럼은 에탄이나 에틴과 같은 메탄의 자외선 분해 생성물 응축에 의해 그 하부 성층권이 희미해지고 있음을 시사합니다. 성층권에는 미량의 일산화탄소와 시안화수소도 서식하고 있습니다. 해왕성의 성층권은 탄화수소 농도 상승으로 인해 천왕성의 성층권보다 따뜻합니다. 불분명한 이유로 지구의 열권은 비정상적으로 높은 약 750K의 온도에 있습니다. 이 열이 자외선에 의해 발생하기에는 행성은 태양으로부터 너무 멀리 떨어져 있습니다. 가열 기구의 후보 중 하나는 행성 자기장 중 이온과의 대기 상호 작용입니다. 다른 후보는 대기 중에서 발산하는 내부 중력파입니다. 열권에는 이산화탄소와 물의 흔적이 있으며 운석이나 먼지 등 외부 원천에서 퇴적되었을 가능성이 있습니다. 해왕성은 자기권에서 천왕성과 비슷하며 자기장은 회전축에 대해 47도로 강하게 경사져 최소 반경 0.55, 즉 행성의 물리적 중심에서 13,500km 오프셋합니다. 보이저 2호가 해왕성에 도착하기 전에는 천왕성의 경사 자기권이 횡회전의 결과라고 가정했습니다. 두 행성의 자기장을 비교할 때 과학자들은 현재 극단적인 방향은 행성 내부 흐름의 특징일 수 있다고 생각합니다. 이 필드는 도전성 액체(아마 암모니아, 메탄, 물의 조합)가 얇은 구형 쉘에서 대류 유체 운동에 의해 생성되어 다이너모 작용을 일으킬 수 있습니다. 해왕성의 자기 적도 자기장 쌍극자 성분은 약 14마이크로테슬라(0.14G)입니다. 해왕성의 쌍극자 자기 모멘트는 약 2.2x10^17Tm^3(14MT RN^3, 여기서 RN은 해왕성의 반경)입니다. 해왕성의 자기장은 복잡한 형상을 하고 있으며 강도에서 다이폴 모멘트를 초과할 수 있는 강력한 사극 모멘트를 포함한 비쌍극 구성 요소로부터의 비교적 큰 공헌을 포함하고 있습니다. 대조적으로 지구, 목성, 토성은 비교적 작은 사극 모멘트밖에 없으며, 그 필드들은 극축에서 경사져 있지 않습니다. 해왕성의 4극 모멘트는 행성 중심으로부터의 오프셋과 필드의 다이너모 발전기 기하학적 제약의 결과일지도 모릅니다.자기권이 태양풍을 감속하기 시작하는 해왕성 활의 충격은 행성 반경의 34.9배 거리에서 발생합니다. 자기권의 압력이 태양풍을 상쇄하는 자기 포즈는 해왕성 반경의 23~26.5배 거리에 있습니다. 자기권 꼬리는 해왕성의 적어도 72배 반경까지 뻗어 있으며, 아마도 훨씬 멀리까지 뻗어 있을 것입니다.

해왕성의 기후

해왕성의 기후는 매우 역동적인 폭풍 시스템을 특징으로 하며 바람은 거의 600m/s(2,200km/h,1,300mph)의 속도에 달해 초음속 흐름을 초과하고 있습니다. 보다 일반적인 지속성 구름의 움직임을 추적함으로써 풍속은 동쪽 방향으로 20m/s에서 서쪽 방향으로 325m/s까지 변화하는 것으로 나타났습니다. 구름 정상부에서는 400m/s에서 극부에서는 250m/s까지의 속도로 더 강한 바람이 붑니다. 해왕성 상의 바람의 대부분은 행성의 자전과는 반대 방향으로 이동합니다. 바람의 일반적인 패턴은 고위도에서의 진행 회전과 저위도에서의 역행 회전을 나타냈습니다. 흐름 방향의 차이는 '피부 효과'로 명명되어지며 대기 중 깊은 과정에 의한 것은 아닙니다. 위도 70도에서 고속 제트는 300m/s의 속도로 움직입니다. 해왕성은 전형적인 기상 활동 수준에서 천왕성과 다릅니다. 보이저 2호는 1989년 비행 중 해왕성에서 기상 현상을 관측했지만 1986년 비행 중 천왕성에서는 이와 맞먹는 현상이 관측되지 않았습니다. 해왕성 적도의 메탄,에탄,아세틸렌의 풍부함은 극지방의 10~100배입니다. 이것은 적도 부근에서 융기하고 극 부근에서 침강한 증거로 해석됩니다. 왜냐하면 광화학은 자오선 순환 없이는 분포를 설명할 수 없기 때문입니다. 2007년에 해왕성의 남극 상부 대류권은 평균 약 73K(-200℃)의 다른 대기보다 약 10K 따뜻한 것으로 발견되었습니다. 온도차는 대류권의 다른 곳에서 동결되어 있는 메탄을 극 부근의 성층권으로 도망치기에 충분합니다. 상대적인 '핫스팟'은 해왕성의 축방향 기울기에 따른 것으로 해왕성의 해 마지막 분기, 즉 약 40지구년 동안 남극을 태양에 노출시켜 왔습니다. 해왕성이 천천히 태양 반대편으로 이동하면 남극은 어두워지고 북극이 비춰지며 메탄 방출이 북극으로 이동합니다. 계절 변화에 따라 해왕성의 남반구 구름대는 크기가 커지고 알베도가 증가하는 것이 관찰되고 있습니다. 이러한 경향은 1980년에 처음 볼 수 있었습니다. 해왕성의 긴 궤도 주기는 40년간 지속되는 계절을 가져옵니다. 1989년 13,000km x 6,600km (8,100mi x 4,100mi)에 걸친 고기압성 폭풍 시스템인 그레이트 다크 스팟이 NASA의 보이저 2 우주선에 의해 발견되었습니다. 폭풍은 목성의 대적반점과 비슷했습니다. 그로부터 약 5년 후인 1994년 11월 2일 허블 우주 망원경은 지구상의 대흑점을 볼 수 없었습니다. 대신 대흑점을 닮은 새로운 폭풍이 해왕성의 북반구에서 발견되었습니다. 스쿠터는 또 다른 폭풍으로 그레이트 다크 스팟보다 남쪽에 있는 흰 구름 그룹입니다. 이 별명은 1989년 보이저 2호가 조우하기까지 몇 달 동안 처음 생겨났습니다.그때 그들은 그레이트 다크 스팟보다 빠른 속도로 이동하는 것이 관찰되었습니다(나중에 취득된 이미지는 그 후 보이저 2호가 처음 검출한 이미지보다 더 빠르게 이동하는 구름의 존재를 밝힙니다).소암점은 남쪽의 사이클론 폭풍으로 1989년 관측된 두 번째로 심한 폭풍입니다. 처음에는 깜깜했지만 보이저 2호가 행성에 가까워지면서 밝은 핵이 발달해 가장 해상도가 높은 이미지 대부분에서 볼 수 있습니다. 최근에는 2018년에 새로운 메인 대흑점과 작은 대흑점이 특정되어 연구되었습니다. 해왕성의 암흑점은 밝은 구름의 특징보다 낮은 고도의 대류권에서 발생하는 것으로 생각 되어 지고 있습니다. 수개월간 지속할 수 있는 안정적인 특징이기 때문에 소용돌이 구조라고 생각됩니다. 어두운 반점과 관련된 경우가 많은 것은 트로포포즈 층 주위에 형성되는 밝고 길게 뻗은 메탄 구름입니다.동료 구름의 지속성은 몇몇 이전 대흑점이 어두운 특징으로는 보이지 않더라도 사이클론으로 계속 존재할 수 있음을 보여줍니다. 대흑점은 적도에 너무 가깝거나 다른 미지의 메커니즘을 통해 이동하면 소멸할 수 있습니다.