수성

수성은 태양에 가장 가까운 행성이자 태양계에서 가장 작은 행성으로, 지름이 겨우 4,879km에 불과한 불타는 암석 덩어리다. 달보다 약간 클 뿐이며 위성인 가니메데나 타이탄보다도 작다. 평균 거리 0.387AU로 다른 어떤 행성보다도 태양에 가까운 궤도를 88일마다 한 바퀴씩 돌지만, 그 표면에는 수십억 년 동안 살아남은 물 얼음 주머니가 숨어 있다. 이토록 작은 몸집에 이토록 많은 모순을 담은 천체는 드물다.

이렇게 가까움에도 불구하고 수성은 방문이 가장 적었고, 최근까지도 지도화가 가장 덜 된 행성 중 하나였다. 태양에 혹독하리만치 가깝다는 사실이 접근과 관측을 모두 어렵게 만들어, 수십 년 동안 표면의 상당 부분이 공백으로 남아 있었다. 이제껏 그곳에 다녀온 우주선은 단 세 대뿐이며, 이들이 보내온 모습은 다른 어떤 암석 행성 이웃과도 다른, 밀도가 높고 철의 심장을 가진 지질학적으로 기이한 세계였다.

얇은 지각을 가진 철의 행성

수성의 결정적 특징은 눈에 보이지 않는 곳에 묻혀 있다. 두께 겨우 수백 km에 불과한 암석 껍질 아래에는 행성 반지름의 약 85%를 채우는 거대한 금속 핵이 자리하고 있는데, 이는 태양계 모든 행성 중 비율상 가장 큰 핵이다. 이 철의 심장 덕분에 수성은 가장 작은 행성임에도 밀도 5.43g/cm³로 두 번째로 밀도가 높으며, 유일하게 앞서는 것은 자신의 더 큰 중력으로 압축된 지구뿐이다. 그 압축 효과를 제외하고 보면 수성은 구성 성분상 우리가 아는 가장 금속이 풍부한 행성이다.

수성이 어쩌다 이렇게 무거워졌는지는 여전히 논쟁거리다. 유력한 가설로는 거대한 충돌이 원래의 암석질 맨틀 대부분을 벗겨냈다는 설, 혹은 젊은 태양의 격렬한 열기와 태양풍이 더 가벼운 바깥층을 증발시켰다는 설이 있다. 원인이 무엇이든, 그 거대한 핵은 지금도 여전히 활동 중이다. 1974년 마리너 10호는 수성이 지구 자기장의 약 1% 세기에 불과하지만 지구 외에는 내행성 중 유일하게 전 지구적 규모의 자기장을 만들어 낸다는 사실을 발견했다.

3:2 공명과 가장 긴 하루

수성은 다른 어느 곳과도 다른 방식으로 시간을 잰다. 수성은 3:2 자전-공전 공명에 고정되어 있어, 태양을 두 바퀴 도는 동안 자전축을 기준으로 정확히 세 바퀴 자전한다. 그래서 자전 한 바퀴는 지구일로 58.6일이 걸리고, 공전 한 바퀴는 88일이 걸린다. 그 결과는 어지러울 정도다. 한 번의 일출부터 다음 일출까지, 즉 수성의 태양일은 지구일로 176일, 정확히 수성년의 두 배에 이른다. 근일점 부근에서 적절한 장소에 서 있으면 태양이 떠올랐다가 멈추고, 지평선 아래로 물러섰다가 다시 두 번째로 떠오르는 모습을 볼 수도 있다.

수성의 자전축은 태양계에서 가장 곧게 서 있어 기울기가 겨우 0.034도에 불과하며, 그래서 수성에는 계절이라는 것이 전혀 없다. 이 곧추선 자전축과 공명 현상이 결합되어 이 행성의 가장 극단적인 수치가 나타난다. 열을 옮겨 줄 대기가 거의 없다 보니 표면 온도는 한낮에 약 섭씨 427도에서 밤에는 −173도까지 요동치는데, 이는 어떤 행성보다도 큰 밤낮 온도 차다.

분화구로 뒤덮이고 주름진 표면

수성의 표면은 오래되고 상처투성이이며, 가장 두드러진 흔적은 칼로리스 분지다. 지름이 약 1,550km에 달하는 이 충돌구는 태양계에서 가장 큰 것 중 하나로, 약 39억 년 전에 파여 생겼으며 높이 약 3km에 이르는 산맥으로 둘러싸여 있다. 그 충돌이 어찌나 격렬했던지 지구 정반대 지점에는 언덕과 골이 뒤엉킨 지대가 형성되었는데, 이는 비공식적으로 '기이한 지형'이라고 불린다.

이 행성은 또한 다른 어디에서도 볼 수 없는 독특한 지형을 지니고 있다. 수성의 거대한 핵이 식으면서 수축하자 행성 전체의 반지름이 몇 km나 줄어들었고, 이 과정에서 지각이 뒤틀리며 수백 km에 걸쳐 뻗어 있는 '엽상 절벽'이라 불리는 긴 절벽이 형성되었다. 그리고 밝게 빛나는 반점들 사이에는 달에는 존재하지 않는 '움푹 패인 지형(hollows)'이 흩어져 있는데, 이는 암석 속의 어떤 휘발성 물질이 오늘날에도 여전히 태양에 의해 증발하며 형성되는 것으로 여겨진다.

영원한 그늘의 땅에 있는 얼음

낮 동안 가장 뜨거운 행성이 뜻밖에도 영구 얼음이 존재하는 곳이기도 하다. 수성은 자전축이 거의 기울어 있지 않기 때문에 극지방 근처 일부 깊은 분화구의 바닥은 결코 햇빛을 받지 않으며, 그곳의 온도는 수십억 년 동안 물 얼음을 가두어 둘 만큼 낮게 유지된다. 1990년대 레이더 관측에서 극지방의 밝은 퇴적물이 암시되었고, 2012년 NASA의 메신저가 이것이 주로 물 얼음이라는 사실을 확인했다. 그 양은 1천억에서 1조 톤 사이로 추정되며, 일부는 유기물처럼 보이는 탄소가 풍부한 어두운 지각 아래 묻혀 있다. 그 원천은 아마도 수십억 년에 걸쳐 꾸준히 내린 혜성과 소행성의 '비'일 것이다.

50년에 걸친 세 번의 방문

수성을 찾은 임무는 손에 꼽을 정도이며, 그곳에 도달하는 것은 겉보기와 달리 매우 어렵다. 태양을 향해 떨어지는 우주선은 속도가 크게 붙어서, 감속하여 궤도에 진입하려면 막대한 에너지를 소모해야 하기 때문이다. NASA의 마리너 10호는 1974~75년 세 차례의 근접비행으로 첫 정찰을 수행하여 표면의 절반도 안 되는 부분을 촬영하고 자기장을 발견했다. 이후 30년 넘게 후속 임무가 없었다.

NASA의 메신저가 모든 것을 바꾸어 놓았다. 2011년 3월 18일 궤도에 진입해 행성 전체를 지도화한 뒤 2015년 4월 30일 의도적으로 수성 표면에 충돌하며 임무를 마쳤다. 메신저는 극지방 얼음과 핵, 표면 화학 성분을 명확히 규명했다. 이 이야기는 이제 베피콜롬보로 이어지고 있다. 유럽우주국(ESA)과 일본우주항공연구개발기구(JAXA)의 공동 임무인 베피콜롬보는 2018년 발사되어 태양의 중력에 맞서 여러 차례 근접비행을 거듭하며 서서히 감속해 왔다. 추진기 문제로 일정이 늦춰진 끝에 2026년 11월 21일 수성 궤도에 안착할 예정이며, 두 대의 궤도선이 함께 수성과 그 자기장을 연구하게 된다.

수성을 찾는 방법

수성은 맨눈으로 볼 수 있지만, 밝은 행성들 가운데 가장 찾기 어려운 천체다. 우리 하늘에서 태양으로부터 최대 약 28도밖에 벗어나지 않기 때문에, 완전히 어두운 하늘에서는 결코 볼 수 없고 오직 일몰 직후나 일출 직전의 밝은 황혼 속, 지평선 가까이에서만 낮게 관측된다. 천문학자들은 이런 최적의 관측 시기를 '최대 이각'이라 부르며, 이는 몇 주마다 돌아온다. 해 질 녘이나 새벽녘, 지평선에 바짝 붙어 있는 안정적이고 분홍빛이 도는 흰 점을 찾아보라. 소형 망원경으로 보면 수성이 달처럼 지구와 태양 사이를 오가며 위상 변화를 보인다는 것을 확인할 수 있다.