천왕성

천왕성에 있는 물질은 목성, 토성과는 조성물이 완전 다르다.  천왕성의 대기는 수소와 헬륨으로 이루어져 있긴하지만 물, 암모니아, 메테인, 탄화 수소와 같은 휘발성 물질들이 더 많이 있고 천왕성의 대기는 태양계 행성들 중에서 가장 차가운데 그 온도는 최소 –224°C에 이른다고 한다. 해왕성도 차가운데 내부에서 이유를 알 수 없는 열이 발생하기 때문에 천왕성이 해왕성보다 더 차갑다. 천왕성 대기에는 층이 있는 구름의 구조가 있는데 고도가 낮은 층의 구름은 물로 되어있고 위층의 구름들은 메테인의 결정일 것으로 추측하고 있다. 천왕성의 내부를 구성하는 물질은 거대 가스 행성과는 달리 주로 얼음과 암석이다.

다른 가스 행성들과 똑같이 천왕성은 고리, 자기장, 수많은 자연 위성을 지니고 있는데 천왕성계는 자전축이 대략 98도 정도로 크게 기울어져 있어 거의 공전면과 맞닿을 정도다. 천왕성의 북극과 남극이 가리키는 방향은 다른 행성들의 적도가 가리키는 방향과 비슷하며 지구에서 보았을 때 천왕성의 고리는 과녁 모양처럼 주위를 둥글게 감싸고 있으며 위성들은 시계 방향으로 회전하는 것처럼 보인다. 그러나 2006년부터 2007년에 걸쳐 천왕성의 고리는 우리의 시선 방향과 평행하게 보이지 않았는데 1986년 보이저 2호가 천왕성을 스쳐 지나갔는데 보이저가 가시광선 영역에서 바라본 천왕성은 다른 가스 행성들이 흔히 보여주는 구름띠나 태풍의 모습이라고는 찾을 수 없는 밋밋한 행성이었다. 그러나 지구 관측자들은 최근 수 년에 걸쳐 천왕성이 분점에 접근하면서 날씨 변화 및 계절적 변화를 보이는 것을 관측했는데 천왕성에서의 바람 속도는 초당 250미터에 이른다고 한다.

해왕성과 마찬가지로 언 메탄이 표면을 이루고 있는데 해왕성과 보다는 더 초록색을 낸다. 플램스티드 명명법에서는 황소자리 34로 불리고 있고 플램스티드가 발견 당시에 천왕성을 항성으로 오인했기 때문이라고 하는데 표면 중력이 지구보다 작기 때문에 사람이 천왕성에서 몸무게를 재면 지구에서의 무게의 88%가 나가게 된다고 한다.

천왕성은 태양계에 8개 행성 중 일곱번째 행성이고 반지름은 세 번째로 크고 질량은 네 번째로 큰 행성이다. 영어 이름으로는 우라노스라고 하는데 크로노스의 아버지이자 제우스의 할아버지인 그리스의 신 우라노스에서 따온 것이다. 기존의 다섯 행성들처럼 그냥 눈으로 볼 수 있음에도 매우 느리게 움직이고 어둡기 때문에 존재가 오랫동안 몰랐다. 천왕성은 여러 다른 천문학자들에게 관측되기도 하였으나 본 사람들은 전부 천왕성을 어두운 별이라고 생각하였다. 천왕성의 최초 발견자 윌리엄 허셜도 천왕성을 아주 큰 망원경으로 보고 동그란 모양이라는 점 때문에 처음엔 꼬리가 발달하지 않은 혜성인 줄 알았다고 했는데 1781년 3월 13일 공식적으로 천왕성을 발표했으며 최초로 다섯 행성 너머로 태양계의 지평을 넓히는 업적을 남기게 된다. 그리고 천왕성은 기술 망원경을 이용하여 발견한 최초의 행성이기도 하다.

천왕성은 84년 주기로 태양을 30억 km 거리에서 한 바퀴 도는데 만약 천왕성에서 태양을 보게 된다면 지구보다 400배 희미하게 보일 것이다. 궤도 요소들은 1783년 피에르-시몽 라플라스에 의해 처음으로 계산되었다. 그 이후 1841년 존 카우치 애덤스는 처음으로 천왕성의 중력적 영향에 의한 새로운 행성 예견을 했고 1845년에 르 비에르는 천왕성의 궤도에 대한 독자적인 연구를 시작했다. 1846년 9월 23일 요한 갓필드 갈레는 새 행성을 찾았으며 그 행성 이름을 해왕성이라 지었다. 해왕성은 르 비에르가 예견했던 곳과 매우 비슷한 곳에서 발견된 것이다.

천왕성의 자전 주기는 17시간 14분 정도인데 거대 가스 행성들의 위에 대기는 자전의 방향으로 심한 바람을 받아서 천왕성의 대기는 실제 자전 주기보다 빠르게 움직이며 한 번 전체적인 대기가 자전하는데는 14시간도 걸리지 않는다.

천왕성의 실시 등급은 1995년에서 2006년까지 +5.6과 +5.9 사이에서 변동했으며 육안 관측 한계보다 밝기 때문에 맨눈으로도 볼 수 있다.  천왕성은 깜깜한 하늘에서 맨눈으로 볼 수 있으며 쌍안경이 있다면 도시 지역에서도 쉽게 관측된다. 대물렌즈 구경이 15 ~ 23 cm인 아마추어 망원경으로는 희미하게 청록색 원반 모양와 주연감광을 확인할 수 있고 대물렌즈가 25 cm보다 큰 대형 망원경으로는 구름 모양과 티타니아, 오베론과 같은 큰 위성도 볼 수 있다.

천왕성의 자전축은 태양계 평면에 거의 누워있다시피 기울어져 있으며 기울기는 약 98도이다. 이렇게 큰 자전축의 기울기 때문에 천왕성에서의 계절은 다른 행성과 완전히 차이나게 된다. 태양계의 다른 행성들은 기울어진 팽이와 비슷하지만 천왕성은 기울어진 구르는 공에 더 가깝다고 생각하면 된다. 천왕성의 지점 부근에서는 한쪽 면이 계속 태양을 향하고, 반대쪽 극은 태양을 아애 볼 수 없다. 그런 현상으로 한쪽은 42년 동안 태양 빛을 받고 또 42년 동안 어둠에 놓이게 된다. 이런 천왕성의 특별한 자전 때문에 한쪽 극 부분은 적도 부분보다 더 많은 태양의 에너지를 받게 되는데도 불구하고 천왕성의 적도가 오히려 에너지를 더 많이 받는 극보다 따뜻하다. 이러한 현상은 대기의 질량과 그 속에 열을 저장할 수 있는 양이 워낙 커서 40년 주기의 태양빛/암흑의 반복이 큰 영향이 아닌 것으류 추측된다. 이렇게 심한 기울기의 원인은 아직도 확실히 모르며 태양계 초기에 천왕성이 지구만한 행성과 충돌하면서 기울어짐이 생겼다고 추측만 하고 있다. 그러나 이 추측의 경우는 원시 행성의 충돌시에 잔존 물질들이 모여 위성을 형성 될 가능성이 높만 천왕성의 주요 위성들이 해왕성의 큰 위성인 트리톤보다 훨씬 작아 지구만한 천체 충돌의 증거로는 부족하고 따라서 토성이나 해왕성들의 중력의 영향으로 인해서 궤도와 기울기에 영향을 줬을 가능성도 있다. 1986년 보이저 2호가 지나갈 즈음에는 천왕성의 남극쪽은 태양을 거의 직접 향하고 있었다.