해왕성은 태양계 행성 중 8번째 행성이다. 해왕은 바다의 왕이라는 한자어로 포세이돈 또는 넵투누스를 번역한 것이다. 해왕성은 8개 행성 중 직경은 4번째로 크고 질량은 3번째로 크다. 해왕성의 질량은 지구 17배로 질량이 15배인 쌍둥이 행성 천왕성보다 약간 더 무겁다. 해왕성과 태양의 평균 거리는 45억 1300만 km이고 지구와 태양의 사이 거리의 대략 30배에 해당한다. 천문 기호는 포세이돈의 삼지창 트라이던트를 형상화한 것이다. 해왕성은 맨눈으로 볼 수 없기 때문에 경험적 관측이 아닌 수학적 계산으로 발견된 유일한 태양계 행성이다. 해왕성의 구성 성분은 천왕성과 꽤 비슷하고 목성이나 토성 같은 거대 가스 행성들과는 구분되는 성분상 차이가 존재한다. 목성과 토성은 대기에 수소와 헬륨을 대량 포함하지만 해왕성의 대기는 극소량의 탄화수소와 질소를 포함하고 있으며 물, 암모니아, 메테인 등 얼어붙은 얼음질이 높은 비율을 차지한다. 천문학자들은 이러한 차이점을 강조하기 위해서 천왕성과 해왕성을 거대 얼음 행성으로 따로 분류하기도 한다고 한다. 해왕성의 내부 구조는 천왕성과 마찬가지로 얼음과 암성으로 이루어져 있는 것으로 추정된다고 하며 행성 가장 바깥층에는 메테인이 미량 존재하여 행성이 밝고 맑은 파란색을 띤다. 표면상 아무 특징도 없는 천왕성과 달리 해왕성 대기에서는 역동적이며 관측 가능한 기상 현상이 측정되고 있다. 해왕성에는 파편으로 이루어진 희미한 고리 구조가 있는데 1960년대에 고리 존재의 대해 논란이 있었으나 1989년 보이저 2호의 탐사를 통해 존재가 확인됐다.
해왕성의 질량은 지구와 거대 기체 행성 사이의 중간 정도이며 질량이 지구의 17배지만 목성의 19분의 1에 불과하다. 해왕성의 적도 반지름은 24764km로 지구의 약 4배이다. 해왕성과 천왕성은 질량이 지구와 목성 중간 정도인 데다가 물, 암모니아 등의 휘발성 물질이 내부 구성 물질 중 차지하는 비중이 높기 때문에 목성이나 토성 같은 거대 가스 행성과 구별하여 거대 얼음 행성으로도 부르기도 한다. 이러한 이유로 외계행성탐사에 있어서 목성과 비슷한 질량 혹은 그 이상을 목성족이라고 부르는 것처럼 질량이 해왕성이랑 비슷한 천체들을 해왕성족이라고 부른다. 해왕성의 내부구조는 천왕성과 비슷하다. 전체 질량 5~10%, 표층에서 핵까지 부피의 10~20%를 대기가 차지하고 대기압은 10 Gpa이다. 대기의 하층부에서는 메테인, 암모니아, 물이 응축되는 것이 발견됐다고 한다. 높은 고도에서 해왕성의 대기는 80%가 수소, 19%가 헬륨이며 극미량의 메테인도 존재하는데, 스펙트럼 상에서 붉은색과 적외선 영역인 600nm 파장에서 메테인 흡수선이 나타난다. 천왕성과 마찬가지로 해왕성도 대기 중의 메테인이 붉은빛을 흡수하고 푸른빛을 띠게 만든다. 하지만 해왕성의 깔끔한 엷고 밝은 담청색은 천왕성의 탁한 청록색과는 차이가 있다. 해왕성 대기 중에 존재하는 메테인 성분은 천왕성과 비슷하지만, 메테인에 더해 어떤 미지의 성분이 해왕성의 색깔을 만들어낸다고 추측한다. 해왕성의 자기권도 천왕성과 비슷하다. 해왕성의 자기장은 자전축에 대해 47도 기울어져 있고 반지름의 0.55배 지점에서부터 행성의 물리적 중심에서 약 13500km 떨어진 곳까지 갈라져 나온다.
해왕성과 천왕성의 차이점 중에 하나는 기상활동이다. 보이저 2호가 1986년 천왕성을 스쳐 지나갔을 때 천왕성은 시각적으로 매우 고요해 보였는데 그에 반대로 1989년 보이저 2호가 해왕성을 지나가면서 행성의 영상을 담았는데 천왕성과는 달리 기상 현상이 발생하는 증거들을 포착했다. 해왕성의 날씨 중에 특이점이라면 엄청나게 빠른 태풍을 들 수 있다. 해왕성의 바람은 초속 600m에 육박하는 속도로 몰아치는데 이것은 소리가 퍼져나가는 속도인 음속의 두 배에 가까운 빠르기다. 하지만 해왕성의 대기 흐름은 보편적으로는 조금 더 느리다. 해왕성 대기에 항상 떠 있는 구름의 움직임을 분석한 결과 바람은 동쪽 방향으로 초속 20m 수준에서 서쪽 방향으로 초속 325m 정도까지 다양했다. 구름 상층부에는 적도 근처의 경우 초속 400m, 양극 지대의 경우 초속 250m의 바람이 넓은 영역에 걸쳐서 불고 있었다. 해왕성 대부분의 바람은 행성이 자전하는 방향과 반대로 움직이며 바람이 움직이는 보편적인 방향은 고위도 지역에서는 자전과 같은 방향이나, 저위도 지역에서는 역방향이다. 이와 같이 바람 부는 방향이 반대로 나타나는 이유로 피부 효과를 들고 있으며, 대기 깊은 곳에서의 대기 과정 때문은 아닌 것으로 보인다고 한다. 해왕성 남위 20도의 고속 제트는 초속 300m 속도로 움직인다.
해왕성과 태양의 평균 거리는 45억 5천만 km로 30.1 천문단위이다. 해왕성이 태양을 한 번 도는데 걸리는 시간은 164.79년이며 해왕성은 2011년 7월 12일이면 1846년 처음 발견됐던 그 자리로 다시 돌아오게 된다. 그러나 이 때 지구 하늘에서 해왕성 위치는 1846년의 그 자리는 아닌데 그 이유는 그때 당시의 지구의 위치와 2011년 7월 12일 지구 위치는 다르기 때문이라고 한다. 해왕성 자전축 기울기는 28.32도로 지구의 23도, 화성의 25도와 비슷하며 그 결과 지구와 화성처럼 해왕성은 1회 공전 주기에 걸쳐 계절 변화가 나타난다. 그러나 해왕성의 공전 주기는 매우 길어서 계절의 지구 시간으로 40년씩 지속된다. 해왕성의 자전 주기는 약 16.11시간이다. 해왕성의 자전축 기울기가 지구와 비슷하기 때문에 해왕성의 낮 길이는 해왕성의 1 공전 주기에 걸쳐서 극심한 변화를 보이지 않는다.
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