수성

태양에서 가장 가까이 있는 행성인 은 언제나 태양 옆에 붙어 다니기 때문에 관측하기가 쉽지 않다. 수성은 해가 진 직후 서쪽 하늘과, 해가 뜨기 직전 동쪽 하늘에서만 볼 수가 있다. 그리고 망원경으로 수성을 보면 달과 같이 그 위상이 변하는 것을 알 수 있다.표면의 모습도 달과 매우 비슷하다.

태양계의 첫째 행성, 수성.

수성의 기원에 대해서 생각해볼 때에는 크기가 비슷한 달에 비해 상당히 높은 밀도를 가졌다는 점에 주목할 필요가 있다. 이는 중심부에 밀도가 높은 핵이 존재함을 보여준다. 1987년에 시행된 컴퓨터 시뮬레이션을 통해,수성은 형성 초기에 커다란 미행성과 충돌했던 것으로 추정되고 있다. 이 설에 의하면 충돌로 외부의 가벼운 물질들은 대부분 우주 공간으로 날아가고 중심부의 철과 니켈이 남게 된다. 이 결과 행성의 평균밀도가 크게 증가하면서 지금의 수성이 되었다는 것이다.

수성에는 가벼운 가스층 외에 대기가 거의 존재하지 않는다.

수성에는 대기가 거의 존재하지 않고 매우 가벼운 가스층이 있다. 대기의 개수밀도는 10¹¹m^-3 이하로 매우 희박하며, 수소, 헬륨, 나트륨, 칼륨, 칼슘 등의 원자가 포함되어 있다. 수성의 형성 초기에는 다른 행성과 마찬가지로 대기가 존재했을 것이라 생각되지만 중력이 작기 때문에 그 대부분이 우주로 날아갔을 것이다. 현재 수성의 대기는 다양한 방법에 의해 공급되고 있다. 태양풍에 포함된 수소와 헬륨은 수성의 자기장에 붙잡히고, 미세 운석의 충돌로 산소, 나트륨, 칼륨 등의 원자가 대지에서 증발되어 나온다.

수성 표면의 평균온도는 약 452K(179℃)이지만, 온도변화는 약 90K(-183℃)~700K(427℃)로 매우 심하다. 놀랍게도 1992년 레이더 관측에 의해 수성의 북극 부분에서 물과 얼음이 발견되었다. 이 얼음은 혜성의 충돌이나 수성 내부에서 방출되어 생긴 물이 1년 동안 태양광이 닿지 않는 극지방의 크레이터 바닥에 남겨져 있던 것이라 추측된다.

달을 닮은 수성의 겉모습(왼쪽). 행성 반경의 3/4에 해당하는 반경 1,800km의 핵(오른쪽)

수성의 지형은 달의 지형과 비슷하다. 하지만, 관측 결과 수성에는 달보다 구덩이가 적었다. 달과 수성이 비슷한 시기에 형성되었고, 충돌한 운석의 비율이 비슷하다고 가정하면, 수성의 표면은 재형성된 것으로추측할 수 있다. 흔히 이러한 재형성은 수성이 달보다 크고 태양에 더 가까우므로 최초형성 후 상대적으로 서서히 냉각되었다는 점에서근거를 찾는다. 서서히 냉각되면서 용암이 표면으로 올라와 오래된 구덩이 지역을 덮었다는 것이다. 또한, 수성은 태양의 조석력에 의해 적도 부분이 불룩하다는 특징도 있다.

수성에는 철과 같은 무거운 원소로 구성된 반경 1,800km 정도의 핵이 있다. 이것은 행성 반경의 약 3/4에 해당한다. 수성 전체로는 질량의 약 70%가 금속, 약 30%가 이산화규소로 되어 있다. 평균밀도는 5,430kg/m³ 정도로 지구와 비교하면 조금 작다. 수성의 부피는 지구의 5.5%이다. 수성의 철 성분 핵은 전체에서 42%를 차지한다. 그리고 핵은 두께 600km의 맨틀로 덮여 있지만, 다른 지구형 행성과 비교하면 매우 얇다.

수성의 자전과 공전 모습을 나타낸 그림.

1639년, 이탈리아의 조반니가 망원경을 사용하여 수성을 관측, 수성도 금성이나 달과 마찬가지로 차고 기운다는 것을 발견했다. 이것으로 수성이 태양을 돌고 있다는 것이 확실해졌다.

1965년에 레이더 관측이 이루어지기 이전에는 수성이 지구의 달과 마찬가지로 공전을 한 번 하는 동안한 번 자전할 것이라 생각했었다. 하지만 실제로 수성의 자전과 공전은 3:2 비율이다.즉 태양의 주위를 2번 공전할 동안 3번 자전한다. 수성의 자전과 공전이 같을 것이라 생각했던 이유는 지구에서 본 수성이 가장 관측하기 좋은 위치에 있을 때 언제나 같은 면을 보였기 때문이다. 실제로 이것은 자전과 공전을 3:2 비율로 운동하는 수성을 같은 위치에 있을 때 관측했기 때문이었다. 이 3:2 비율로 인해 수성의 항성일(자전주기)은 약 58.64일인데 비해 수성의 태양일(수성 표면에서 본 태양의 자오선 통과간격)은 약 176일로 대략 3배이다.

수성의 자전축의 기울기는 행성 중에서 가장 작은 약 0.01도이다. 이것은 두 번째로 경사가 작은 목성(약 3.1도)에 비해서도 300배나 작은 값이다. 때문에 수성의 궤도상에서 관측자가 보면 태양은 대부분 천정을 통과하고 남북으로는 0.01도 정도밖에 움직이지 않게 된다.

마리너 10호의 관측에 따르면 수성은 지구(표면)에 비해 약 100배 이상 약한 자기장을 가진다.

수성의 은 태양계 행성 중에서 가장 크다. 근일점이 약 0.31AU, 원일점이 약 0.47AU이라는 큰 타원궤도를 그리고 있다. 이 궤도의 근일점은 천천히 이동(근일점 자체가 태양의 주변을 돈다)하고 있어 그 이동의 정도는 100년에 574초¹⁾이다. 이 중 531초는 금성 등 다른 행성의 중력효과로 설명이 가능하지만 남은 43초에 대해서는 으로는 설명할 수 없었다. 이 뉴턴역학으로는 설명할 수 없었던 43초는, 후에 아인슈타인의 에 의해 설명이 가능해졌다.

수성은 아주 약한 자기장을 가진다. 위성의 관측 결과에 따르면 최대 자기장 세기는 고도 330km에서 약 4X10^-7T이다. 이는 지구의 표면에 비해 약 100배 이상 약한 것이다. 항성이나 행성의 자기장에 대한 일반적인 이론은 이다. 다이너모이론은 행성의 자전과 내부의 액체금속 핵 때문에 자기장이 일어난다고 본다. 그러나 수성의 경우 자전속도가 매우 느려 다이너모이론과 맞지 않는다. 그래서 몇몇 학자들은 수성이 과거 자전 속도가 빠르고 온도가 높았을 때 형성되었던 자기장이 ‘얼어붙어’ 남아 있는 것이라 말하고 있다.

수성을 상징하는기호.

수성은 수메르인 시대(기원전 3000년)부터 알려졌으며 ‘Ubu-idim-gud-ud’ 라고 불리고 있었다. 옛 기록에서는 수성이 바빌로니아인에 의해 관측되었으며 gu-ad 또는 gu-utu라고 명명되었다. 고대 그리스의 헤라클레이토스는 수성과 금성이 지구가 아닌 태양 주위를 돈다고 생각했다. 그리스에서 수성이 다섯 행성 중 하나라는 인식이 정착된 것은 플라톤 시대부터이다. 고대 그리스인은 수성을 헤르메스에 대응시켰다. 이것은 가장 안쪽에 있는 행성으로 운행이 빠르기 때문에 발이 빠른 신의 이름을 붙인 것이다. 헤르메스는 고대 로마에서 메르쿠리우스와 동일시되어 영어로 머큐리(Mercury, 수성)가 되었다.