해왕성

해왕성은 너무 멀어 직접 눈으로 볼 수 없기 때문에 눈으로 관측한 것이 아닌 수학적 계산으로 발견된 태양계 유일한 행성이다. 천왕성의 궤도에 예상하지 못한 변화가 있자 알레시 부봐르는 천왕성의 궤도가 발견되지 않은 행성의 중력 섭동에 영향을 받고 있다고 생각했다. 그 후 1840년대에 위르뱅 르베리에가 그 행성의 궤도를 예측했고 1846년에 요한 고트프리트 갈레가 르베리에가 예측했던 위치 범위 안에서 해왕성을 관측했다. 얼마 뒤에 해왕성의 제1위성인 트리톤이 발견되었고 나머지 13개의 위성들은 19세기가 다 가도록 발견되지 못했었다. 그리고 해왕성을 방문한 우주선은 1989년 8월 25일에 보이저 2호 하나뿐이다.

해왕성의 구성 성분은 천왕성과 매우 비슷하며 목성이나 토성 같은 행성들과는 성분상 구분되는 차이가 존재한다. 목성과 토성은 대기에 수소와 헬륨을 포함하지만 해왕성의 대기는 극미량의 탄화수소와 질소를 포함하고 있고 물, 암모니아, 메테인 등이 얼음질이 높은 비율을 차지하기 때문에 천문학자들은 이런 차이점을 강조하기 위해 천왕성과 해왕성을 거대 얼음 행성으로 분리해서 분류하기도 한다. 해왕성의 내부 구조는 얼음과 암석으로 이루어져 있는 것으로 추측하는데 행성의 가장 바깥층에는 메테인이 조금 존재하여 행성이 밝고 맑은 파란색깔을 띤다.

천왕성은 표면상에 아무 특징도 없지만 해왕성의 대기에서는 기상 현상이 관측되고 있다. 1989년, 해왕성의 남반구에서 목성의 대적점에 필적하는 대암반이 발견된 것이 예들 중 하나이다. 이런 기상 현상들은 시속 2100 킬로미터 속도로 태양계에서 가장 강력한 바람을 유지하는데 태양에서 엄청나게 멀리 떨어져 있기 때문에 해왕성의 바깥쪽 대기는 가장 추운 장소들 중 하나로 꼽히며 구름층의 꼭대기는 −218 °C에 가깝다고 한다. 하지만 그에 반면 행성 중심부의 온도는 대략 5000 °C에 가까워 높은 차이를 보인다. 해왕성에는 희미한 고리 구조의 파편이 이루어져 있는데 1960년대에 고리의 존재에 대해 논란이 있었지만 1989년에 보이저 2호의 탐사를 통해 존재가 확인되었다.

해왕성은 태양계의 8개 행성 중 마지막 행성이고 해왕은 ‘바다의 왕’이라는 한자어로 포세이돈 또는 넵투누스를 번역한 것으로 알려져있다.
해왕성은 8개 행성 중 직경으로는 4번째로 크고 질량으로는 3번째로 크며 해왕성의 질량은 지구의 17배며 질량이 지구의 15배인 쌍둥이 행성 천왕성보다 약간 더 무겁다. 해왕성과 태양의 평균 거리는 45억 1,300만 km고 지구와 태양 사이 거리의 대략 30배에 해당한다.

갈릴레오 갈릴레이의 관측 그림에 따르면 1612년 12월 28일과 1613년 1월 27일에 해왕성을 본 적이 있다고 되어 있지만 갈릴레오는 목성 옆에 있던 해왕성을 붙박이별로 착각했으므로 해왕성을 행성으로서 발견한 사람이라곤 할 수 없다. 1612년 12월의 첫 관측 당시 해왕성은 막 역행 운동으로 돌아선 때여서 겉보기상으로는 움직이지 않는 것 같았고 해왕성이 역행 주기를 시작했을 때엔 움직임이 너무 작아서 부실한 망원경으로는 감지하기에 무리였을 것으로 본다. 한편 데이비드 제이미슨은 2009년 7월에 갈릴레오가 자신이 발견한 별이 다른 붙박이별들과 달리 움직였다는 것을 알아차렸다는 증거가 발견되었다고 주장했다.

1821년에 알레시 부봐르가 해왕성의 이웃 행성 천왕성의 궤도에 대한 천문표를 출판했는데 이후의 천문표와 어긋나는 결과가 관측하는 부분에서 상당량 발견되었으며 부봐르는 알 수 없는 물체가 중력적 상호 작용을 통해 천왕성의 궤도에 섭동을 일으킨다는 가설을 세웠다. 1843년에는 존 쿠치 애덤스가 천왕성의 운동에 영향을 미치는 가상의 여덟 번째 행성의 궤도를 계산하게 됐고 애덤스는 자신의 계산 결과를 왕실천문관 조지 에어리 경에게 보내 보았지만 에어리는 애덤스에게 해명을 더 요구했다. 애덤스는 답신의 초고를 쓰기 시작했지만 보내지는 않았으며 이후 천왕성 문제를 다루지 않았다.

1840년대에 발견되고부터 1930년대까지 해왕성은 태양계 마지막 행성이었다. 1930년에 명왕성이 발견되면서 해왕성은 1979년부터 1999년까지 명왕성이 해왕성 궤도 안으로 들어오는 20년 주기를 제외하고는 뒤에서 두 번째 행성이 되었다. 그러나, 1992년에 카이퍼 대가 발견되자 많은 천문학자들은 명왕성이 행성인지 카이퍼 대의 큰 천체에 불과한지에 대해 논쟁을 벌이기 시작했고 그 결과 2006년 국제천문연맹은 마침내 "행성"이라는 말의 의미를 최초로 정의했으며, 명왕성은 "왜행성"으로 재분류하게 되변서 해왕성은 다시 태양계 마지막 행성이 되었다.

높은 고도에서 해왕성 대기는 80%가 수소고 19%가 헬륨이다. 극미량의 메테인도 존재하는데 스펙트럼 상에서 붉은색과 적외선의 영역인 600 nm 파장에서 메테인의 흡수선이 나타난다고 한다. 천왕성과 같이 해왕성도 대기중의 메테인이 붉은 빛을 흡수하고 푸른 빛을 띠게 만들지만 해왕성의 담청색은 천왕성의 탁한 청록색과는 차이가 있다. 대기 중에 존재하는 메테인 성분은 천왕성과 비슷하지만 그 메테인에 더해 어떤 알 수 없는 다른 성분이 천왕성과는 다른 색깔을 만들어낸다고 추측된다.

그리고 또 해왕성과 천왕성의 차이 중 다른 하나는 기상 활동이다. 보이저 2호가 1986년 천왕성을 스쳐 지나갔을 때 매우 고요해 보였는데 반대로 해왕성은 1989년 보이저 2호가 지나가며 영상을 담았는데 달리 기상 현상이 발생하는 증거들을 포착했다.

또 다른 가설은 거대 얼음 행성들이 태양과 가까이, 즉 밀도가 높은 곳에서 형성되었고 가스체의 원시 행성계 원반이 사라지고 난 뒤에 현재의 궤도로 이동했다는 것이다. 현재 이 "형성 후 이동" 이론이 가장 적절하다 여기는데 이 이론을 대로라면 해왕성 너머 지역에 있는 소천체들을 점유하는 현상등 까지도 설명이 된다. 현재 이 가설의 세부 내용에 대한 설명 중 가장 인정되고 있는 것은 나이스 모델으로 해왕성 같은 거대 행성들이 이동하면서 카이퍼 대의 구조에 미치는 영향을 탐구한다고 한다.