금성 / 비너스 : 샛별, 지구 온실효과의 예측 지구형 내행성, 지구와 가장 비슷했을 행성

수성에 이어 이번엔

금성에 대하여

알아볼까 합니다.

 

금성, 이름만 들어도

왠지 귀할 것만 같은

반짝 반짝 샛별,

어떤 별일까요?

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금성 / Venus

 

맨 위 매리너 10호가 촬영한 금성. 대리석처럼 뽀얗게 보입니다.

 

금성은 태양계의 다른 행성과 마찬가지로 태양을 모항성으로 가진 행성입니다. 샛별, 새별, 태백성, 개밥바라기별등 여러 가지 이름을 가지고 있는 별입니다. 금성이 가지는 여러 가지 특징과 행성적 성질에 대해서 먼저 아래와 같이 간단히 정리합니다.

 

 

1.    금성의 간단한 정리   1)   궤도 및 주기 ①    궤도의 반지름        108,208,926 km (0.723 331 99 AU) ①    근일점(q)        107,476,002 km        0.718 43270 AU ②    원일점(Q)       108,941,849 km        0.728 231 28 AU ①    공전 주기(P)        224.700 69 일        0.615 197 년   ②    자전 주기        243.0185 일   ③    자전 속도        6.25km/H (적도기준)   ④    위성       없음 1)   물리적 성질   ①   적도의 지름       12,103.7 km       (지구의 0.949배)   ②   둘레       38,025 km   ③   표면적       4.60×108 km2       (지구의 0.902배)   ④   부피       9.28×1011 km3       (지구의 0.857배)   ⑤   평균 밀도       5.204 g/cm3   ⑥   질량       4.8685×1024 kg       (지구의 0.815배) ⑦   표면 중력       8.87 m/s2      (0.904 g) ⑧   겉보기 등급       -4.6   ⑨   최저 온도       228K   ⑩   최고 온도       773K   ⑪   평균 온도       737K   2)   금성의 대기권   ①   대기압       9.3 MPa   ②   대기의 구성 성분      이산화 탄소 96.5%          질소 3.5%, 이산화 황 0.015%      아르곤0.007%, 수증기 0.002%      일산화탄소 0.0017%, 헬륨 0.0012%      네온 0.0007%   이제 금성에 대하여 좀 더 자세히 알아보도록 하겠습니다.

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2. 금성이란 어떤 행성일까요?

 

금성(金星, Venus)은 태양계에서 태양과 가까운 두 번째 행성입니다. 수금지화목토천해로 암기하시니 아실 것 같습니다. 이름은 샛별, 새별로 불리기도 했었는데 샛별이 금성이었군요.

 

태양 주위를 224일 주기로 돌고 있고 달 다음으로 밝은 별입니다. 가장 밝을 때의 밝기는 -4.5등급인데 금성의 명칭은 오행 중 하나인 '금(金)'에서 래하였으며, 태백성(太白星)으로도 불렸습니다. 금성은 그 출현 시간에 따라 다른 이름으로 불렸는데 저녁 무렵에 나타나는 금성을 장경성이라고 부르고 새벽 무렵에 나타나는 금성을 샛별 혹은 명성(계명성)이라 불렀습니다. 서양에서는 로마 신화의 미를 상징하는 여신의 이름을 따라 비너스 (영어:Venus)라 부릅니다.

 

지구형 내행성인 금성은 크기와 화학 조성이 지구와 매우 흡사하여 지구의 '자매 행성'으로 불리기도 합니다. 금성의 표면은 반사도가 높은 불투명한 구름으로 덮여있기 때문에 가시광을 통해서 표면을 관찰할 수는 없습니다.

 

20세기에 들어와 행성과학자들이 그 비밀을 풀기 전까지 금성에 대하여서는 거의 알려진 바가 없었는데요. 금성은 지구형 행성 중에서 가장 밀도가 높은 대기를 가지고 있는데 대기의 주성분이 이산화탄소이고, 표면에서의 대기압이 95기압에 이릅니다.

 

1)   금성의 내부구조

 

금성의 내부 구조에 대한 직접적인 정보는 거의 없습니다. 그러나 크기와 밀도가 지구와 유사하므로, 금성의 내부구조 역시 지구와 마찬가지로 핵, 맨틀, 지각으로 이루어져 있으리라고 예측합니다.

지구와 유사하다는 가정하에 금성의 핵 역시 최소한 일부분은 액체 상태로 남아 있을 것입니다. 금성의 크기는 지구보다 약간 작지만 이 차이로 인한 내부 압력의 차이는 상당히 클 것이라고 예측합니다. 지구와 금성의 가장 큰 차이점은 판 구조론적인 활동이 금성에서는 보이지 않는다는 점입니다. 이는 금성의 표면과 맨틀이 건조하기 때문일 것이라고 봅니다.

 

2)   금성의 지형

 

약 80%에 달하는 금성의 표면은 평탄한 현무암질 평원으로 되어 있습니다. '대륙'이라고 불릴 만한 높은 지형이 두 군데 있는데, 하나는 금성의 북반구에 있고, 다른 하나는 적도의 바로 남쪽에 있습니다. 북쪽의 대륙의 이름은 이슈타르 테라하는데, 이름은 고대 바빌로니아의 사랑의 여신인 이슈타르에서, 땅이라는 뜻의 테라를 합쳐 만든 이름입니다. 이슈타르테라의 면적은 오스트레일리아 정도입니다.

 

맥스웰 산이라고 명명되는 지역은 금성에서 가장 높은 산으로 이슈타르 테라에 있습니다. 정상의 높이는 금성의 평균 표면 높이보다 11 km 더 높은 곳에 위치해 있습니다.

 

반면에 지구에서 가장 높은 에베레스트 산은 해수면으로부터의 높이가 9km가 조금 되지 않으니 금성의 맥스웰 산이 훨씬 더 높다 할 수 있습니다.

 

남반구의 대륙은 아프로디테 테라고 부르며, 이름은 고대 그리스의 사랑의 여신인 아프로디테와 땅이라는 뜻의 테라를 합쳐서 만든 이름입니다. 면적은 아프로디테 테라가 조금 더 커서 남아메리카대륙 정도의 넓이입니다. 이 대륙의 대부분은 단층으로 덮여 있습니다.

 

금성에서는 몇 가지 특이한 지형을 볼 수 있는데요, 바로 파라와 노바, 아라크노이드, 코로나가 그것입니다.

 

파라는 팬케이크를 닮은 꼭대기가 평평한 화산인데, 그 직경은 20에서 50km가량 되고 높이는 100m에서 1000m 정도입니다.

노바는 별모양의 단층 시스템이고, 아라크노이드는 거미줄 같이 방사상의 단층과 동심원상의 단층이 함께 나타나는 지형입니다.

코로나는 고리 모양의 단층을 말하는데, 주변이 침하되기도 합니다. 이들 지형들은 모두 화산과 연관되어 생긴 것입니다.

 

3)   금성의 지질

 

금성 표면의 대부분은 화산활동으로 인하여 생겨났습니다. 대체로 금성은 지구에 비하여 몇 배 정도 많은 화산을 가지고 있습니다.

 

100km가 넘는 거대 화산 167개가 금성에서 발견되었는데 이는 지구상에서 발견되는 다른 화산들 보다 규모가 훨씬 크고 지구 상에 이 정도 규모의 화산은 하와이 제도의 본섬이 유일합니다. 그러나 이것은 금성의 화산 활동이 지구보다 활발해서라기보다는 금성의 표면이 지구보다 오래되었기 때문입니다.

 

지구의 표면은 끊임없는 섭입을 통하여 해구 아래로 사라지기 때문에 그 평균 연령은 1억 년에 불과합니다. 하지만 금성의 표면은 적어도 5억 년 이상 되었을 것으로 생각됩니다. 또한 섭입 되지 않는 대륙지각 위의 화산들은 활동이 끝남과 동시에 풍화에 의해서 더 빠른 속도로 지워집니다.

 

다수의 관측자료에 따르면 금성의 표면에는 현재에도 활동 중인 화산이 있는 것 같습니다. 그 증거로는 러시아의 베네라 계획으로 베네라 11호와 베네라 12호의 탐사선들이 금성을 탐사할 때에 끊임없이 치는 벼락을 관찰하였고, 베네라 12호는 착륙 직후 큰 천둥 소리를 녹음한 것이 바로 그것입니다.

 

지구에서는 천둥이 강우에 동반되지만, 금성에는 강우가 없습니다. 강우가 없는데도 천둥이 치는 이유를 설명할 한 가지 가능성은 화산 분출 시 나오는 화산재가 천둥을 일으킨다는 것입니다.

 

 또 활동하고 있는 화산에 대한 다른 증거는 이산화황의 대기 농도입니다. 1978년과 1986년 사이에 이산화황의 금성 대기중의 농도는 10분의 1로 줄어들었습니다. 이것이 바로 큰 화산 활동이 관측 전에 있어서 이산화황의 농도를 증가시켰을 수 있다는 예측입니다.

 

약 1,000개 정도의 충돌구가 금성에서 발견되었으며 이들의 분포는 금성의 전 행성 표면에서 고르게 분포되어 있는 것으로 밝혀졌습니다. 지구나 달에서 발견되는 충돌구들은 풍화된 흔적을 보이는데, 이는 끊임없는 열화작용의 결과라고 봅니다.

 

달에서의 열화작용은 이후에 오는 충돌에 의하여 일어났고, 지구의 경우에는 바람과 비에 의한 풍화에 의하여 충돌구가 열화 된 것으로 봅니다. 금성에서는 85%의 충돌구가 최초의 상태를 보존되어 있습니다. 충돌구의 수와 이들이 잘 보존되고 있다는 것은 이 행성은 5억 년 전에 완전히 새로 표면이 형성되었다는 것을 의미합니다.

 

지구의 지각은 판 구조 활동에 의해 끊임없이 움직이고 있습니다. 반면에 판 구조 활동이 없는 금성의 표면은 이러한 과정이 일어날 수 없습니다. 판 구조 활동에 의해서 맨틀의 열이 방출되지 않기 때문에 금성은 맨틀의 온도가 지각이 안정하게 있을 수 없는 일정 임계 온도까지 계속 올라가고, 그렇게 되면 1억 년 정도의 시간 동안 지각이 몽땅 맨틀 안으로 섭입해 버리고 완전히 새로운 지각이 형성되는 과정이 반복되는 것으로 예측하고 있습니다.

 

금성에 있는 충돌구의 크기는 작게는 3km부터 크게는 280km까지 분포합니다. 직경이 3km보다 작은 충돌구는 존재하지 않는데, 그 이유는 두꺼운 대기 때문으로 운동에너지의 값이 특정한 값보다 작은 물체가 떨어질 때는 대기가 두꺼워서 하강 속도가 느려지고 결국 충돌구를 만들지 못한다고 추측하고 있습니다. 

 

4)   대기

 

금성의 대기가 얼마나 두꺼운지는 위에서 여러 번 언급하였습니다. 극도로 두꺼운 대기를 가지고 이산화탄소가 대부분을 차지하는 대기에 의해서 온실효과가 발생하며, 금성 표면의 온도를 400도까지 높여 놓는 이유 그리고 그런 원리가 지구의 온실 효과와 어떤 관계가 있는지도 먼저 설명하였습니다. 금성의 표면 온도는 태양까지 거리가 절반밖에 되지 않는 수성, 단위 면적당 4배나 많은 태양에너지를 받는 수성의 표면 온도보다 더 높습니다.

 

연구에 따르면 수십억 년 전 금성의 대기는 현재의 지구 대기의 상태에 더 가까웠다고 예측하고 있습니다. 표면에는 상당한 양의 액체 물이 존재했으리라고 추측하지만 물이 증발하면서 대기중으로 들어간 수증기가 온실효과를 증폭시켰다고 봅니다. 금성은 극단적인 기후 변화의 예가 되기 때문에 기후 변화 연구에 유용한 수단이 됩니다.

 

이 부분이 지구의 온난화 문제의 심각성을 보여주는 부분이라고 생각합니다. 태양열에 의한 온도 상승이 아니라 이산화탄소에 의한 기상 변화로 표면의 온도가 급상승한 것으로 봄으로써 지구에도 심각한 문제가 생길 것을 예측하는 표본이 되지 않을까 싶습니다.

 

두터운 이산화탄소의 층 위에는 주로 이산화황과 황산 물방울로 구성된 두꺼운 구름층이 있습니다. 처음 관측할 때에는 수증기로 된 구름을 예상하기도 했지만, 1970년대 들어와 구름의 주성분이 황산이라는 사실이 밝혀졌습니다. 황산은 상층대기에서 이산화황과 수증기가 자외선을 받아 광화학 반응을 일으켜 생성됩니다. 이 구름들이 60%에 달하는 태양 빛을 반사하기 때문에 금성의 표면은 가시광으로는 관찰하기 어렵습니다.

 

금성은 영구적으로 구름으로 덮여있기 때문에 지구보다 태양에 가까이 있음에도, 금성의 표면에는 태양 빛이 드리우는 일도, 태양 빛에 의해서 가열되는 일도 일어나지 않습니다. 이산화탄소에 의한 온실효과가 없었다고 가정한다면 금성의 온도는 현재 지구의 표면온도와 비슷하게 되었을 것입니다.

구름 층 꼭대기에는 시속 300km에 이르는 강한 바람이 4-5일에 한 바퀴씩 금성을 일주합니다.

 

5)  자기장과 핵

 

1980년대에 파이오니어라는 금성의 궤도선은 금성의 자기장의 강도와 공간적 범위가 지구에 비해 작다는 것을 발견하게 됩니다. 그나마 작은 자기장이 생기는 원인은 전리층과 채양풍의 상호 작용인데 이것은 지구의 자기장과는 전혀 다릅니다. 지구의 경우는 핵에서의 다이너모 현상에 의해 생기는 자기장인데 금성은 이 이유가 아닌 것으로 추정됩니다.

 

금성의 자기권은 우주선으로부터 대기를 보호하지 못할 만큼 약합니다. 금속으로 된 액체 핵의 대류에 의해서 생기는 다이너모 현상에 의해 자기장이 생긴다는 추측이 대세인데, 금성 같이 지구와 비슷한 몸집으로 볼 때 내부가 완전히 식지 않았을 것으로 추정되는 행성에 스스로 유지되는 자기장이 없다는 것은 사실은 매우 합리적이지 못한 것입니다.

 

다이너모 현상에 대하여 설명 드리자면, 이 현상은 세 가지 조건을 필요로 합니다.

 

전도성 액체, 회전 그리고 대류가 그것입이다. 하지만 금성의 핵은 지구와 마찬가지고 철과 니켈이 주성분인 도체라고 예상하고 있으며 시뮬레이션 결과 역시 금성이 자전 속도가 매우 느리긴 하지만 다이너모 현상을 일으키기에는 충분하다고 예측합니다. 결국 결론은 금성의 핵이 대류를 하고 있지 않기 때문에 다이너모 현상이 벌어지지 않는다고 추측할 수 밖에 없습니다.

 

지구에서는 액체로 된 외핵에서 대류가 일어나는데, 외핵의 하부가 상부보다 더 뜨겁기 때문입니다. 금성에서는 내부의 열을 외부로 방출해 주는 판 구조 활동이 나타나지 않기때문에 금성의 내부는 충분히 뜨거워서 금속으로 된 내핵이 존재하지 않을 수 있습니다. 즉 핵이 아직까지 냉각되고 있지 않기 때문에 핵이 모두 거의 같은 온도라고 보고 그래서 자기장도 매우 약할 것으로 보입니다.

 

6)  관측

 

금성은 항상 다른 행성에 비하여 밝게 보여서 샛별이라는 별칭도 가지고 있습니다. 금성의 실시 등급은 -3.8등급에서 -4.6등급 사이로 변합니다. 이 정도 밝기는 이론적으로 낮에도 볼 수 있는 등급인데 실제로 관측은 어렵습니다.

 

만일 개기 일식이 일어난다면 개기 일식이 일어난 그 지역에서는 금성을 쉽게 볼 수 있습니다. 실제로2005년 터키에서 일어나는 개기 일식 중에 오른쪽에 금성이 보인 바 있고, 2011년 중국 만리장성에서 개가 알식이 일어날 때에 도 금성이 왼쪽에서 빛나고 있었다고 합니다. 평소 때에 관측이 거의 불가능한 수성까지도 함께 보였다니 관측 했던 사람들은 특별한 경험을 했다고 볼 수 있습니다.

 

특히 태양이 지평선 낮게 위치할 때 잘 보입니다. 금성은 내행성이기 때문에 태양으로부터 47˚이상 떨어지지 않습니다. 금성은 매 584일마다 지구를 앞질러가기 때문에 금성은 저녁의 개밥바라기로 보이다가 내합이 지나고 나면 새벽의 샛별로 보이게 됩니다.

 

또 다른 내행성인 수성은 최대 이각이 28˚에 이르지만 종종 박명 때문에 구별하기 힘든 경우가 있습니다만 금성은 밝기 때문에 쉽게 알아볼 수 있습니다. 하늘에 너무 밝은 발광점으로 보이기 때문에 금성은 UFO로 잘못 인식되는 경우도 종종 있습니다.