수성은 태양계에서 가장 작은 행성 중 하나로, 태양으로부터 가장 가까운 행성입니다. 수성은 외형상으로 가장 유사한 행성인 금성(Venus)과 구분되게 작고, 수성의 질량은 0.055 지구와 더 비교할만합니다. 이 글에서는 수성의 개념과 수성의 대기 구성요소 및 수성에 존재하는 기체 종류에 대해서 알아보겠습니다.
수성이란?
수성(Mercury)은 태양계의 1급 행성 중 가장 가까운 행성으로, 태양계의 네 개 중 하나이며 크기는 약 4,879km로, 지구의 약 38% 정도로 작습니다. 또한, 수성은 우리가 알고 있는 가장 작은 행성 중 하나입니다. 수성은 초신성으로 구성되어 있으며, 주로 철, 셀레늄, 케이, 마그네슘 등의 중량 원소로 이루어져 있습니다. 태양계의 형성 초기 단계에서 태양의 가까운 곳에서 형성된 수성은 일정한 온도로 지구촌에서는 경험하지 않는 환경에서 형성되었다고 추정됩니다. 수성에는 구조적으로 크게 두 부분으로 나눌 수 있습니다. 수성의 내부는 크고 중심부에는 철의 대부분으로 이루어진 큰 핵존재하며, 이 부분은 수성의 질량의 약 60%를 차지합니다. 핵 주변에는 지각부가 위치하며 지각은 바위암으로 이루어진 지각껍질(약 500km)과 거친 지각매니틀, 유체상태의 외부핵으로 구성되어 있습니다. 수성은 태양과 가장 가까운 곳에서는 매우 높은 온도(430℃ 이상)와 태양풍의 높은 에너지에 노출됩니다. 이로 인해 수성은 태양방향으로는 긴 꼬리 같은 형태의 대기껍질이 발달하며, 선명한 표면 구조를 가진 쿠크 메모란 메리(Memoriam Hill)등의 대규모 표면 형광성 물질로 돌며 남극의 크레이터 바닥에는 얼음층이 존재하기도 합니다. 더불어 수성은 일정한 주기로 공전하며, 공전주기는 대략 88일입니다. 또한, 수성은 하루가 지구의 2/3을 가까이 하루는 58.6일 정도로 지나가는 달처럼 단 한쪽 면만이 지구 쪽으로 향하고 있습니다. 수성은 지구와 달과는 달리, 관측하기가 어려워 이 천체에 대한 연구와 교과서에는 아주 미흡한 내용만 있지만, 인공위성을 이용한 탐사를 통해 이전보다는 더욱 많은 정보가 수집되고 있습니다. 이러한 정보들은 우주탐사와 천체물리학 연구까지 다양하게 활용될 수 있습니다.
수성의 대기 구성요소
수성의 대기는 매우 얇기 때문에 태양으로부터의 복사선과 태양풍에서 발생되는 입자들에 매우 취약합니다. 그러므로 수성은 대기가 거의 없이 바로 지각을 노출시키는 행성으로 대표적으로 알려져 있습니다. 수성은 밀도가 매우 낮은 대기를 가집니다. 그렇지만, 극지방 케먼(Caloris) 분지에 위치한 하프너(Hapke) 분지(Caloris Planitia)에선 2가지 타입의 광학 현상이 일어나는 성분이 탐지되어 측정되었습니다. 먼저 나오는 것은 석회 카르본산염입니다. 이것들은 대기압과 온도가 모두 낮은 조건에서 태양 복사선이 지각에 입사할 때 발생하는 반응을 통해 생성됩니다. 이러한 석회 카르본산염(fairy rings)은 수성 표면 위에서 볼 때, 밝은 원 모양의 흔적으로 관찰됩니다. 또, 대기로 좀 더 체감할 수 있는 페인트(Paint)와 같은 성분도 탐지됐습니다. 그것은 바로 질소입니다. 수성 표면에서 관찰되는 Blue Coloration가 남극 지역에서만 볼 수 있는 현상임이 알려져 있습니다. 위에서 말한 것처럼, 수성 대기는 매우 얇습니다. 대기압의 값은 지구대기압 대비 수십에서 수백 만 분의 일임이 밝혀졌습니다. 그리고 태양에서 발송되는 태양풍은 수성 대기에 충돌하면서 입자들이 이산화 탄소, 헬륨, 수소 등의 광원자 발사로 다른 물질로 변화하게 됩니다. 이러한 현상을 통해 수성의 재료 구성을 분석하는 데 사용됩니다. 결론적으로, 수성의 대기는 매우 얇고, 거의 없다고 할 수 있습니다. 하지만 일부 특정 지역에서 석회 카르본산염과 짙은 blue coloration 등 몇 가지 현상이 발견되어 이에 대해 조금 더 연구가 필요합니다.
수성의 대기에 존재하는 기체 종류
수성은 매우 얇은 대기를 가지고 있기 때문에 대기 구성이 지구와는 매우 다릅니다. 그리고 수명 연장 임무 중 하나인 '메신저(MESSENGER)'의 결과에 따르면 수성 대기의 주요 구성물질은 헬륨(Helium)과 수소(Hydrogen) 입니다. 이 두 기체의 분자 눈도 없이 깨끗한 대기로 나머지 대기 구성은 거의 존재하지 않습니다. 수소는 지구의 대기평균 분자 중에서 가장 동위 원소 비율이 높고, 자주 볼 수 있는 기체입니다. 그러나 수소의 동위 원소 배치에 따라 시간이 지남에 따라 변형되기 때문에 자연 상태에서 순수한 수소 분자를 관찰하기는 어려웁니다. 수소 분자(H2)는 깔때기 안의 액체형태에서 H와 H가 결합하여 생성됩니다. 헬륨은 지구 대기 중 농도로 보면 매우 미량이라고 볼 수 있습니다. 그러나 태양계 내의 가스 행성에서는 그 비율이 매우 높기 때문에 수성 대기도 예외는 아니었습니다. 헬륨 원자(He)는 자연 발생 원소 중 가장 가벼운 헬륨 원자 1개로 구성되어 있습니다. 수명 연장 임무 중 다른 인공위성의 충돌로 수성 대기를 분석할 때, 대기 중 일부분에서 이산화탄소, 산소 등이 나타나는 것으로 보입니다. 하지만 이런 성분들은 아주 일부로 세균, 식물 등의 생물체가 존재하는 지구 대기와 같이 많이 보이지는 않습니다. 마지막으로, 수성 대기를 분석하는 것은 꽤나 어려운 일이기 때문에 그 성분에 관한 연구는 아직도 많이 진행 중입니다.