태양계 행성 중에서 가장 "별로인" 행성이 뭐냐고 물으면, 많은 분들이 천왕성을 꼽습니다. 목성이나 토성에 비해 눈에 띄는 게 없다는 이유에서 입니다. 그런데 저도 처음엔 그렇게 생각했습니다. 막상 들여다보니, 이 행성은 태양계에서 가장 "왜 저러지?"라는 말을 가장 많이 끌어내는 행성이었습니다.
옆으로 굴러가는 행성, 자전축 이야기
천왕성의 자전축 기울기는 97.77도입니다. 이 숫자만 보면 크게 와닿지 않을 수 있는데, 실제로 의미하는 바를 이해하고 나서 저는 좀 멈칫했습니다. 지구가 23.5도 기울어진 채로 팽이처럼 돈다면, 천왕성은 아예 옆으로 누운 채로 공이 굴러가듯 자전한다는 뜻입니다.
이 때문에 생기는 현상이 꽤 극단적입니다. 천왕성의 한쪽 극지방은 약 42년 동안 낮이 이어지고, 반대쪽은 그 기간 내내 밤입니다. 지구 시간으로 수십 년이 낮과 밤으로 나뉘는 환경이라는 건, 솔직히 상상이 잘 안 됩니다. 저도 처음 이 부분을 정리할 때 "이게 행성이 맞나?" 싶은 느낌이 들었을 정도였습니다.
왜 이렇게 기울었는지에 대해서는 아직 확정된 답이 없습니다. 과학자들 사이에서는 약 30억 년에서 40억 년 전, 한 번 혹은 여러 번의 대형 충돌이 있었을 것이라는 의견이 지배적입니다. 이 충돌이 자전축을 뒤집어놨을 뿐 아니라, 천왕성이 태양계의 다른 행성들과 반대 방향으로 공전하는 원인이 됐을 가능성도 있습니다. 다른 행성들이 시계 방향으로 공전하는 동안 천왕성은 반시계 방향으로 돕니다.
이 자전축이 천왕성의 낮은 내부 온도와도 연결된다고 보는 시각이 있는데, 개인적으로는 이 부분이 가장 흥미로웠습니다. 표면 온도가 영하 215도로 태양계에서 가장 낮은 행성인데, 이게 단순히 태양으로부터 멀어서가 아니라 내부 열이 거의 고갈됐기 때문이라는 설명은 꽤 설득력 있게 느껴졌습니다.
단단한 땅도 없는데 다이아몬드가 쏟아진다는 내부구조
천왕성을 얼음 거인이라고 부르지만, 실제로는 단단한 얼음 덩어리가 아닙니다. 크게 세 층으로 나뉘는데, 중심부에는 철과 니켈 같은 암석질 핵이 있고 그 위를 물, 메탄, 암모니아가 뒤섞인 얼음 맨틀이 감쌉니다. 바깥쪽은 수소와 헬륨, 메탄이 주성분인 대기층입니다. 행성 전체 질량의 80% 이상이 이 세 가지 물질로 채워져 있습니다.
단단한 표면이 없다는 것도 처음에는 감이 잘 안 왔습니다. 착륙하려고 하면 그냥 가라앉는다는 설명을 읽을 때, 저는 오히려 "그럼 어디서부터 행성이라고 부르는 거지?"라는 생각이 들었습니다. 기체 대기가 액체 층으로 자연스럽게 이어지는 구조라, 경계 자체가 모호합니다.
대기 상단은 황화수소로 가득 차 있어서 썩은 달걀 냄새가 나는 환경이라고 합니다. 이 부분은 다소 자극적으로 소개되는 경우가 많은데, 저는 그것보다 내부 압력에 대한 이야기가 더 인상에 남았습니다. 천왕성 내부 약 8,000km 지점에서는 압력이 워낙 강해서 탄소 원자가 압축되어 다이아몬드를 형성할 수 있다는 가설이 있습니다. 다이아몬드가 마치 비처럼 내리고 바다처럼 고여 있을 수 있다는 이야기입니다.
물론 이 부분은 아직 가설 수준입니다. 직접 확인된 바가 없으니 단정할 수는 없습니다. 그런데 이런 가설 자체가 성립할 수 있는 환경이라는 게, 우주 과학이 주는 독특한 재미라고 생각합니다. 사실적 확인보다 상상의 가능성을 먼저 제시한다는 점에서, 천왕성 내부 이야기는 꽤 오래 머릿속에 남아 있었습니다.
보이저 2호 이후 30년의 공백, 그리고 탐사계획
천왕성을 직접 방문한 탐사선은 지금까지 보이저 2호 단 한 대뿐입니다. 1986년 1월 24일, 보이저 2호는 천왕성 대기 최상단으로부터 약 8만 1,500km까지 근접했습니다. 단 5시간 30분짜리 비행이었지만, 이 짧은 시간 동안 10개의 위성을 새로 발견하고 고리의 존재를 확인했으며 자기장 데이터까지 수집했습니다.
그 이후로 30년 넘게 후속 탐사가 이뤄지지 않았다는 점은 사실 조금 의아한 부분이기도 합니다. 이렇게 특이한 행성인데 왜 관심이 적었을까라고 생각하는 분들도 있을 텐데, 저도 그 부분이 내심 아쉬웠습니다. 거리가 워낙 멀고 탐사 비용이 막대하다는 현실적인 이유가 있겠지만, 그래도 보이저 2호 이후 30년 넘게 공백이 있었다는 건 이 행성이 얼마나 저평가됐는지를 보여주는 것 같기도 합니다.
그나마 최근 NASA가 천왕성 궤도 탐사선 프로젝트인 UOP를 추진하고 있다는 소식은 반가운 변화입니다. 2022년부터 2032년 사이에 천왕성과 해왕성에 대한 집중 탐사를 진행한다는 계획으로, 핵심 목표는 내부 구조와 자기장, 고리와 위성의 특성을 본격적으로 분석하는 것입니다. 특히 얼음 성분 확인이 이번 탐사의 가장 중요한 과제로 꼽힙니다.
2020년에는 천왕성의 위성 미란다에서 유도 자기장이 검출됐다는 발표도 있었습니다. 유도 자기장은 전기가 흐르는 유체, 즉 액체 상태의 물이 내부에 있을 때 발생할 가능성이 높습니다. 지름 470km에 불과한 작은 위성에서 지하 바다의 단서가 나왔다는 건, 천왕성 시스템 전체가 우리가 생각하는 것보다 훨씬 복잡한 환경일 수 있다는 신호일 수 있습니다.
천왕성을 정리하면서 가장 크게 느낀 건, 이 행성은 "덜 알려진 행성"이 아니라 "제대로 탐사가 안 된 행성"이라는 점이었습니다. 모든 게 특이한데 데이터가 부족하니, 알면 알수록 물음표만 늘어나는 행성입니다. UOP 탐사가 실제로 진행된다면, 지금의 가설들이 어떻게 뒤집히거나 확인될지 지켜볼 만한 이유가 충분합니다. 천왕성에 관심이 생겼다면 보이저 2호가 남긴 데이터부터 찾아보시는 것도 좋은 시작이 될 것 같습니다.