태양계 끝의 '얼음 왕국' 천왕성과 해왕성은 가스와 얼음으로 이뤄진 것도 같은 데다 크기도 지구의 네 배로 얼추 같아 닮은꼴이지만 색깔은 천왕성이 옅은 파랑, 해왕성이 짙은 파랑으로 비슷하면서도 확연한 차이를 보인다.
이 같은 차이는 천문학자들에게 풀리지 않는 숙제처럼 남아 있었는데 최근 열쇠를 찾았다는 연구 결과가 나왔다.
영국 옥스퍼드대 행성물리학 교수 패트릭 어윈 박사가 이끄는 연구팀은 두 행성의 대기 연무층 컴퓨터 모델을 통해 색깔 차이가 나게 된 원인을 규명한 연구 결과를 '지구물리학연구 저널:행성'(Journal of Geophysical Research: Planets)에 발표했다.
연구팀은 "두 행성의 대기 중에 존재하는 메탄이 산란 효과를 일으키며 태양 빛 중 붉은색을 흡수해 똑같이 푸른색을 띠지만 대기에 형성된 연무 층의 두께가 달라 색조가 옅고, 짙은 차이를 보인다"고 설명했다.
연구팀은 하와이 '제미니 북반구 천문대' 망원경에 설치된 근적외선 분광기와 허블 우주망원경 등을 이용해 자외선부터 가시광, 근적외선에 이르는 파장으로 관측한 결과를 종합적으로 분석했다.
그 결과 메탄과 황화수소 얼음 구름만 가진 것으로 여겨온 두 행성의 대기에 연무 입자를 포함한 새 모델을 만들었다.
이 모델은 두 행성 대기에 고도 별로 3개의 연무층이 형성돼 있고, 중간 연무층에서 천왕성이 해왕성의 두 배 두께를 가졌다는 결과를 제시했다.
이 연무층에서 메탄 얼음이 연무 입자에 응축돼 메탄 눈으로 내리는데, 해왕성이 천왕성보다 더 역동적인 대기를 가져 더 많은 눈을 만들어 내리는 과정에서 연무를 더 많이 제거해 색깔이 진하다는 결론이다.
두 행성의 색깔 차이를 규명해 준 이번 연구 결과의 진위는 본격적인 가동을 준비 중인 제임스 웹 우주망원경(JWST)이나 2030년대 발사 예정인 미국 항공우주국(NASA)의 해왕성 궤도 및 대기 탐사선을 통해 확인할 수 있을 전망이다.
이보배 한경닷컴 객원기자 newsinfo@hankyung.com
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