천왕성:놀라운 열기와 얼음 거인에 대한 새로운 통찰

천왕성은 항상 기울어지고, 멀고, 지루한 세계로 여겨졌습니다. 과학자들은 그것이 가스로 가득 찬 사촌인 목성과 토성과 같이 형성 과정에서 남은 열로 빛나기를 거부하는 차가운 세계, 즉 행성의 멍청한 세계라고 생각하곤 했습니다.

그러나 우리가 틀렸다는 것이 밝혀졌습니다.

천왕성은 실제로 남은 열이 꽤 많습니다. Geophysical Research Letters에 발표된 블록버스터급 새 연구에 따르면 , 일곱 번째 행성은 태양으로부터 받는 것보다 더 많은 열을 방출하고 있습니다. 사실, 그것은 우주로 에너지를 방출하고 있습니다. 이는 여전히 형성 과정에서 열을 발산하고 있다는 증거입니다.

이상한 시간에 나를 만났네요

1986년, NASA의 보이저 2호(Voyager 2)가 처음이자 유일한 천왕성을 통과했습니다. 데이터가 돌아왔을 때 혼란스러웠습니다. 목성, 토성, 해왕성과 달리 천왕성은 내부 열을 많이 발산하지 않는 것 같습니다. 그것은 우리가 알고 있다고 생각했던 모든 것에 어긋나는 것이었습니다.

가스 거인이 형성되면 처음에는 뜨겁습니다. 그들은 젊은 태양계의 혼돈 속에서 가스와 먼지를 게걸스레 먹어치우고 수십억 년에 걸쳐 서서히 냉각되면서 열을 방출합니다. 천왕성은 그렇게 하지 않는 것 같았습니다. 보이저 2호는 열을 발산하지 않는 듯한 세계를 보여주었습니다.

"이상하지만 괜찮습니다."로 남겨두고 싶을 수도 있습니다. 하지만 과학자들은 그렇게 생각하지 않습니다. 거의 40년이 지난 지금, 그들은 데이터로 다시 돌아왔습니다. 그들은 현대적인 컴퓨터 모델, 새로운 망원경 관측, 그리고 하나의 큰 아이디어 등 보강재를 가지고 있었습니다. 어쩌면 천왕성의 에너지 예산은 계절에 따라 바뀔 수도 있습니다. 어쩌면, 어쩌면 우리가 천왕성을 바라볼 때 이상한 시점에 포착했을 수도 있습니다.

이상한 계절

천왕성에는 정상적인 계절이 없습니다. 누워있는 것처럼 옆으로 기울어져 있습니다. 97.7도 각도로 기울어져 있습니다. 각 기둥은 약 20년 동안 햇빛을 받고, 20년 동안 어둠 속으로 빠져듭니다.

논문의 첫 번째 저자이자 휴스턴 대학의 박사 과정 학생이었던 Xinyue Wang은 천왕성 연도의 대부분(지구에서는 약 84년)을 다루는 역사적, 현대적 관찰을 깊이 파고들었습니다. 그들은 행성이 얼마나 많은 태양 에너지를 흡수하고 얼마나 많은 열을 발산하는지 추적했습니다.

연구원들은 열 출력이 일정하지 않고 계절에 따라 변한다는 것을 발견했습니다. 기본적으로 천왕성이 흡수하고 반사하는 햇빛의 양은 궤도의 기울기와 위치에 따라 크게 달라집니다. 일년 중 어떤 때는 지구가 흡수하는 것보다 훨씬 더 많은 에너지를 방출합니다. 다른 기간에는 거의 균형을 이루고 있습니다.

그들은 전반적으로 천왕성이 햇빛을 통해 흡수하는 것보다 12.5% 더 많은 열을 방출한다는 것을 발견했습니다. 이는 목성, 토성, 해왕성에서 측정된 100% 이상의 플럭스에 비해 낮습니다. 낮지만 그래도 열기를 발산하고 있어요.

"이것은 그것이 초기 역사에서 남은 열을 천천히 잃어가고 있다는 것을 의미하며, 이는 우리가 그것의 기원과 시간이 지남에 따라 어떻게 변했는지 이해하는 데 도움이 되는 퍼즐의 핵심 부분입니다."라고 그녀는 설명했습니다.

방문할 가치가 있는

천왕성의 내부 열은 수십 년 동안 사라진 퍼즐 조각이었습니다. 그것 없이는 대기 모델은 이상한 바람 패턴이나 기괴한 구름 활동과 같은 이상한 행동을 설명하지 못했습니다. 이제 이 새로운 수치를 통해 연구자들은 해당 모델을 수정하여 얼음 거인의 날씨와 순환이 어떻게 작용하는지 더 잘 시뮬레이션할 수 있습니다.

하지만 이 열기가 어디서 오는지는 아직 확실하지 않습니다.

우리는 천왕성 내부의 정확한 구조를 모릅니다. 우리는 계절이 구름 화학이나 바람 벨트에 어떤 영향을 미치는지 모릅니다. 그리고 우리는 에너지 예산이 위도에 따라 어떻게 달라지는지 모릅니다. 현재 우리가 가지고 있는 데이터의 대부분은 30년 전의 비행에서 나온 것입니다.

그러나 이번 연구는 우주 탐사에 영향을 미칠 수 있다. 2022년 국립 아카데미(National Academies)는 천왕성 궤도선 및 탐사선 임무를 NASA의 지난 10년 동안 최고의 행성 과학 우선순위로 선정했습니다. 이번 열 발견은 그 주장을 뒷받침해 줍니다.

화성이나 목성과 달리 천왕성은 거의 훼손되지 않은 상태로 남아 있습니다. 그러나 그것은 완전히 독특한 세계입니다. 옆으로 기울어져 있고, 차가운 구름으로 덮여 있으며, 행성의 중심도 통과하지 못하는 기괴한 자기장을 자랑합니다. 그 위성에는 지하 바다가 있을 수 있습니다. 희미한 고리는 행성이 어떻게 형성되는지 알려줄 수 있습니다. 그리고 이제 우리는 그것이 내부 열을 누출한다는 것을 알고 있습니다. 이는 내부 깊은 곳에 있는 미스터리를 암시합니다.

도전이 있는 임무

주력 궤도선과 탐사선은 마침내 얼음 거인의 작동 방식을 밝혀내고 행성 형성, 대기 역학 및 자기 진화에 대한 우리의 이해에 있어 큰 사각지대를 메울 수 있습니다.

그러나 주력 임무는 비용이 저렴하지 않으며 현 트럼프 행정부는 NASA와 과학 전반에 대한 자금을 삭감하고 있습니다.

현재 임무는 아직 A단계 이전 단계에 있으며, 이는 아직 우주선이 존재하지 않으며 자금이 조금씩 들어오고 있음을 의미합니다. NASA 전체의 예산 압박이 가중되고 달, 화성 및 소행성 임무와의 치열한 경쟁으로 인해 천왕성은 지연되거나 심지어 제외될 수도 있습니다.

만약 출시된다면 2030년대 이전에는 되지 않을 것이다. 이상적으로는 천왕성을 공전하고, 대기 장비를 배치하고, 위성, 고리 및 내부를 전례 없는 세부 사항으로 연구하는 것입니다. 이 새로운 연구 덕분에 이제 우리가 가야 할 더 나은 이유가 생겼습니다.

이 연구는 지구물리학 연구서한에 게재되었습니다. .