Albireo's Hack the Dot

2000년 01월 1일

수성은 로마 신화에 나오는 발빠른 신의 전령을 상징하는데 그것은 수성이 그 어떤 행성 보다도 빠른 속도로 태양 주변을 공전하기 때문입니다. 태양과 가장 가까운 행성이며 태양계 안에서 두번째로 작은 행성이기도 합니다. 수성의 직경은 지구보다 40% 가량 작으며 달보다는 40% 큽니다. 목성의 위성인 가니메데나 토성의 위성인 타이탄보다도 오히려 작은 행성입니다.

수성의 표면에 도착하면 달에 와있는 착각을 가져올 정도로 표면 풍경이 달의 그것과 매우 흡사합니다. 그곳에는 오랜 세월동안 끈임없이 반복된 운석 충돌로 인해 생긴 무수한 운석 구덩이들로 가득 채워져 있습니다. 또한 높이가 수 킬로미터에 이르는 단층 절벽들이 수백 킬로미터에 걸쳐 이어져 있는 모습을 볼 수도 있습니다.

수성에서 올려다 본 태양은 지구에서 보는 것보다 두배반이나 더 크게 보입니다. 그러나 대기가 전혀 없기 때문에 빛이 분산되지 못하므로 하늘은 언제나 검게만 보일 뿐입니다. 수성에서 올려다 본 밤하늘엔 두 개의 커다란 밝은 별이 눈에 들어올 것입니다. 하나는 크림 색깔의 금성이고 다른 하나는 푸른빛의 우리 지구입니다.

수성은 지구에서 관측하기가 어렵기 때문에 마리너10호가 방문하기 이전엔 수수께끼로 가득찬 행성이었습니다. 지구에서 봤을 때 태양과 가장 멀리 떨어져 봤자 28도 이상 벌어져 보이지 않습니다. 이 때문에 해가 뜨기 직전이나 해가 진 직후 몇시간 밖에 관측할 시간이 없습니다. 이때도 워낙 지평선에 가깝게 떠있기 때문에 수성의 빛은 천정에 떠있는 별보다 10배나 두터운 지구의 대기를 뚫고 관측자의 눈에 오게 되므로 그 상이 또렷하지 않습니다.

1880년대에 Giovanni Schiaparelli는 수성의 어렴풋한 모습을 스케치 하고 나서, 달이 지구의 인력에 얽매여 있듯이 수성도 태양의 조석력에 꽉 잠겨져 있을 것으로 생각했습니다. 결국 수성은 항상 같은 면만 태양을 보고 있을 것이라고 생각했습니다. 이렇게 되면 항상 태양을 향해있는 지역의 표면 온도는 지나치게 높고 그 반대편은 지나치게 춥게 됩니다. 그러나 1962년에 전파 천문학자들은 수성이 방출하는 전파를 분석해서 수성의 태양 반대편 지역의 온도가 예상보다 꽤 높다는 사실을 알아냈습니다. 이는 Giovanni Schiaparelli의 주장이 틀렸음을 보여주는 것이었습니다. 수성이 태양에 완전히 붙들려 있다면 달이 그렇듯이 수성의 자전주기와 공전주기가 완전히 같아야 합니다. 마리너 10호가 근접 관측한 결과 수성의 자전 주기는 58.646 +- 0.005일로 확인되었습니다.

수성은 태양의 조석력에 얽매여있지는 않지만 태양의 강한 인력은 수성의 자전주기와 공전주기에 커다란 영향을 주는 것으로 알려졌습니다. 수성은 태양을 한번 공전할때마다 한바퀴 반을 자전합니다. 이 때문에 수성의 하루는 (해가 떠서 질때까지) 지구의 하루보다 176배나 깁니다.

수성의 자전주기는 예전에는 엄청나게 빨랐습니다. 과학자들은 한때 수성이 8시간만에 한바퀴 자전했을 것으로 생각하고 있습니다. 그러나 수백만년에 걸쳐 태양의 조석력에 방해받아 점차 느려지게 되었습니다. 이로 인한 마찰열 때문에 수성의 내부 온도는 100 K 까지 높아지게 되었습니다,.

우리가 알고 있는 수성에 대한 지식의 대부분은 1973년 11월 3일 발사된 마리너10호에 의해 밝혀진 것들입니다. 마리너10호는 1974년 3월 29일 705km 거리로 수성을 스쳐지나갔습니다. 1974년 9월 21일에는 두번째로 수성을 지나갔고 1975년 3월 16일에 세번째로 지나갔습니다. 그 이전에는 수성이 독자적인 자기장을 갖고 있을 것이라고는 누구도 생각하지 못했습니다. 수성은 매우 작기 때문에 핵도 이미 오래전에 굳어져 있었을 것으로 추측했습니다. 행성이 자기장을 갖기 위해선 부분적으로 녹은 상태의 철로 된 핵을 갖고 있어야 합니다. 자기장은 이러한 철핵의 회전으로 인해 생성되며 이를 다이나모 효과라고 합니다.

마리너10호는 수성 주변에서 지구의 1%정도 크기의 자기장을 감지해냈습니다. 이 자기장은 수성의 자전축에 7도 정도 기울어져 있으며 수성 주변으로 마그네토스피어 (magnetosphere) 를 형성하고 있습니다. 이러한 자기장이 생기게 된 배경은 아직 알려져 있지 않습니다. 아마도 수성의 내부에 부분적으로 용융된 상태의 철핵이 있을 것으로 생각되어지고 있습니다. 뿐만 아니라 수성이 젊었을 무렵 한창 강한 자기장을 갖고 있었을때 이의 영향으로 자기를 띠게 된 철 성분을 갖고 있는 수성의 바위들의 자기력이 아직까지 남아서 오늘날의 자기장에 기여하고 있을 것으로 생각됩니다.

수성의 밀도가 엄청나게 높을 것이라는 것은 마리너10호 이전에도 알려져 있었습니다. 이로 미루어 수성의 60-70%는 금속 성분이고 나머지 30%는 규산염으로 이루어져 있을 것으로 추측하고 있습니다. 또한 핵의 직경은 수성 직경의 75%에 이르고 핵의 부피는 수성 전체 부피의 42%를 차지하고 있습니다. 수성에서 핵이 차지하는 비중이 이렇게 엄청나게 큰 이유에 대한 많은 학설이 있지만 가장 주목을 받고 있는 것은 거대 충돌설입니다. 먼 옛날 혜성과 수성이 충돌하면서 표면의 지각이 거의 대부분 날라가 버렸다는 가설입니다.

수성의 표면

마리너10호가 보내온 수성의 사진은 달을 쏙 빼닮은 것이었습니다. 수많은 운석 구덩이 가운데에는 다중의 고리 모양을 한 것도 있고 주위에 용암이 흘러내린 흔적이 있는 것도 촬영되었습니다. 이들 운석 구덩이의 크기는 100m (마리너10호가 감지해낼 수 있는 해상도의 한계)에서 1300km에 이르는 커다란 것들까지 다양합니다. 수성에서 가장 큰 운석 구덩이는 칼로리스 베이신입니다.

베이신 (basin) 이란 1962년에 Hartmann과 Kuiper에 의해 정의된 것으로, 특징적인 동심원 모양을 한 커다란 원형 함몰 구조를 의미합니다. 혹자는 200km 이상의 거대한 충돌 분화구를 베이신으로 지칭하기도 합니다. 칼로리스 베이신은 직경 1300km이며 적어도 크기 100km 이상의 거대 운석 충돌로 형성되었습니다. 이 충돌로 인하여 3km 높이의 산들이 고리 모양으로 동심원을 그리며 형성되었고 충돌의 여파는 600-800km 까지 퍼져나갔습니다. 이러한 동심원 모양 베이신의 또다른 좋은 예로는 목성의 위성 칼리스토의 발할라 지역에서 볼 수 있습니다. 충돌 이후 구덩이는 용암에 의해 채워졌습니다.

수성에는 꾸불꾸불하게 나있는 거대한 절벽들이 흔한데 이것은 수성이 냉각되면서 표면이 쭈글쭈글 해져서 생겨난 것들입니다. 수성 표면의 대부분은 평원으로 뒤덮여있고 여기에는 많은 크레이터들이 나있는데 어떤 평원에는 상대적으로 적은 수의 크레이터들을 갖고 있기도 합니다. 과학자들은 적은 수의 크레이터들을 갖고 있는 평원들을 다시 intercrater plain과 smooth plain으로 구분해놓았습니다. intercrater plain은 크레이터의 수도 적고 크레이터의 크기도 15km 미만의 것들로 구성된 평원으로, 오래된 지역이 용암에 의해서 부분적으로 채워져서 만들어진 것입니다. 반면 smooth plain은 평원 자체가 생긴 지 얼마 안된 것이기 때문에 크레이터 수도 적은 것입니다. Smooth plain은 칼로리스 베이신 근처에서 볼 수 있습니다.

수성이 태어나서 자라온 역사는 지구와 비슷합니다. 지금으로부터 45억년전 태양계를 가득 매우고 있는 성운이 응축해서 수성이 태어났습니다. 이 시기에 거대 충돌로 인하여 대부분의 지각이 날아가버리고 핵이 대부분인 고밀도의 수성이 되었습니다. .이때는 우주 공간을 떠도는 운석 덩어리들과 성간 물질들이 지금보다 훨씬 많았을 때이므로 수성과 충돌해서 수많은 크레이터들을 만들어놓았습니다. 그 후 용암이 흘러나오면서 이러한 생성 초기의 충돌 흔적들을 메우고 곳곳에 평원을 만들었습니다. 이렇게 만들어진 것이 intercrater plain입니다. 이제 수성은 냉각되고 수축하면서 표면이 쭈글쭈글해져서 수많은 절벽들이 형성되었습니다. 그 후 용암이 새롭게 저지대를 메우면서 smooth plain을 형성하였습니다. 그 후로 지금까지 많은 운석들이 떨어지면서 추가로 곳곳에 크레이터 자국을 만들어놓았습니다. 이렇게 종종 벌어지는 운석 충돌을 제외하고 수성의 지질 활동은 거의 없기 때문에 수백만년전의 모습을 지금까지 그대로 유지하고 있습니다.

수성에도 물이 존재하는가

수성에는 물이 어떤 형태로도 존재하지 못할 것으로 보여집니다. 여기에는 거의 대기가 없고 낮에는 엄청나게 뜨겁기 때문입니다. 그런데 1991년 수성을 향해 쏘아진 후 반사되서 돌아온 전파를 분석하던 도중 수성의 북극 지방에서 얼음이 존재한다는 증거를 발견했습니다. 수성에 얼음이 존재하는 것이 과연 가능할까요? 수성의 자전축은 공전면에 거의 완벽하게 수직이기 때문에 북극 지방에는 거의 태양빛이 닿질 않습니다. 특히 운석 구덩이의 밑바닥에는 전혀 태양빛이 닿질 않을 것이기 때문에 영하 161도의 혹한이 유지된다고 합니다. 따라서 이러한 지역에는 혜성의 충돌 등으로 전달된 얼음이 녹지 않고 보존되어있을 가능성이 제기되고 있습니다. 이들 얼음 입자들은 먼지 층으로 덮여있으며 레이다 전파를 반사하여 밝게 나타났던 것으로 생각되어집니다.