태어나선 안 됐던 행성의 모순

유튜브 채널 ‘리뷰엉이: Owl’s Review’는 해왕성이 이론적으로는 존재할 수 없는 행성이라는 흥미로운 질문에서 이야기를 시작한다. 태양계 형성 당시 해왕성의 현재 위치는 가스와 먼지가 지나치게 희박해, 지금과 같은 거대한 가스 행성이 되려면 100억 년 이상이 필요하다는 계산이 나온다. 태양계의 나이가 약 46억 년이라는 점을 고려하면, 이는 명백한 시간적 모순이다.

해왕성은 떠밀려 온 행성이었다

이 문제를 설명하는 가장 유력한 가설이 바로 ‘니스 모델’이다. 이 시나리오는 해왕성이 원래 태양과 훨씬 가까운, 토성 인근의 가스가 풍부한 지역에서 빠르게 성장한 뒤 목성과 토성의 중력 상호작용에 휘말려 태양계 외곽으로 튕겨 나갔다는 내용을 담고 있다. 해왕성은 제자리를 찾아간 것이 아니라, 우주적 사건에 의해 밀려난 행성이었던 셈이다.

혹한의 행성에서 불어오는 초음속 폭풍

1989년 보이저 2호가 포착한 해왕성의 대흑점은 과학자들에게 또 다른 충격을 안겼다. 지구보다 큰 폭풍과 시속 2,100km에 달하는 초음속 바람은 태양계 최외곽의 차가운 행성에서는 설명하기 어려운 현상이었다. 이후 대흑점은 사라지고 다른 위치에서 다시 나타났으며, 해왕성의 폭풍은 지금도 생성과 소멸을 반복하는 미스터리로 남아 있다.

얼음 껍질 아래 끓어오르는 내부

해왕성의 표면은 영하 214도의 혹한이지만, 내부는 5,000도 이상의 고온 상태다. 놀랍게도 해왕성은 태양에서 받는 에너지보다 2.6배나 많은 열을 자체적으로 방출한다. 이 극단적인 온도 차이가 거대한 대류를 일으키고, 지형적 장애물이 없는 대기에서 바람은 제동 없이 음속을 넘어선다. 해왕성의 폭풍은 단순한 날씨가 아니라 행성 내부 구조의 결과다.

다이아몬드 비와 뒤틀린 자기장

해왕성 깊은 곳에서는 메탄이 분해되며 탄소가 다이아몬드로 변해 비처럼 내릴 가능성도 제기된다. 실험실 재현 실험에서도 나노 다이아몬드 생성이 확인됐다. 또한 해왕성의 자기장은 자전축에서 크게 기울어져 있고 중심도 어긋나 있는데, 이는 ‘초이온 얼음’이라 불리는 특이한 물질층이 얕은 곳에서 전류를 만들어내기 때문이라는 설명이 유력하다.

한 번 스쳐 간 행성, 아직 끝나지 않은 미지

인류가 해왕성을 직접 방문한 것은 1989년 보이저 2호의 단 한 차례뿐이다. 그것도 궤도 진입이 아닌 스쳐 지나간 탐사였다. 너무 멀고, 너무 비싸며, 너무 어려운 행성이라는 이유로 해왕성은 여전히 미지의 영역으로 남아 있다. 그러나 오늘날의 기술로 다시 해왕성을 찾는다면, 태양계의 기원과 행성 진화에 대한 결정적인 단서가 밝혀질 가능성도 크다.