NASA, 30년 만에 천왕성의 비밀스런 대기 구조를 파헤치다

 

지난 2025년 4월, NASA는 드물게 찾아온 천체의 대향연 덕분에 30년 만에 천왕성의 대기를 정밀 관측할 수 있었습니다. 천왕성이 지구와 약 400광년 떨어진 별 사이를 지나가며 별빛을 가리는 항성식(스텔라 오컬테이션, stellar occultation) 현상이 미국 서부 일부 지역에서 포착된 덕분이었죠.

이 순간을 잡기 위해 NASA를 포함한 전 세계 18개 관측소, 30명 이상의 천문학자들이 협력해 천왕성이 별빛을 차단하면서 나타나는 미세한 빛의 변화를 관찰했습니다. 이 현상 덕분에 천왕성의 대기 중층부, 특히 성층권의 온도, 압력, 밀도까지 상세히 기록할 수 있었는데요, 이는 앞으로 천왕성 탐사 계획을 수립하는 데 매우 중요한 기초자료가 됩니다.

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별빛이 알려준 천왕성의 대기

천왕성이 별 앞을 가리면, 별빛은 천왕성의 대기를 지나면서 굴절해 점차 어두워졌다가 천왕성의 그림자에서 벗어나며 다시 밝아집니다. 이 과정을 기록한 빛곡선(light curve) 은 대기의 고도별 정보를 보여주는 귀중한 단서로, 과학자들이 대기층별 온도와 압력 분포를 파악할 수 있게 해줍니다.

NASA 랭글리연구소의 천문학자 윌리엄 손더스 박사는 “천왕성이 별을 가릴 때 대기에서 일어나는 빛의 굴절은 우리가 천왕성의 대기 상태를 해부할 수 있는 자연 실험실을 제공한다”고 설명했습니다.

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전 세계가 한마음으로 모인 공동 관측

NASA는 이번 항성식을 위해 일본·태국·인도·프랑스 등 세계 곳곳의 관측소와 협력했습니다. 특히 지난해 11월 아시아에서 진행한 소규모 테스트 관측을 통해 장비를 조정하고 정확한 예측 모델을 준비해, 4월 본 관측에서 성공률을 높였습니다.

프랑스 파리 천문대와 미국 스페이스사이언스연구소(SSI) 연구진도 인도 관측소와 협력해 천왕성 고리의 위치와 밝기를 정밀 측정했고, 덕분에 4월 항성식의 시간을 초 단위로 예측할 수 있었으며, 천왕성의 예상 위치 오차도 약 200km 이하로 줄였습니다.

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천왕성의 신비: 얼음 행성의 속사정

천왕성은 태양으로부터 거의 30억 km 떨어진 먼 행성으로, 대기는 주로 수소와 헬륨으로 이뤄져 있습니다. ‘얼음 행성(Ice Giant)’으로 불리는 이유는 내부가 물, 메탄, 암모니아 등의 ‘얼음질’ 물질로 채워져 있어 가스행성인 목성, 토성과 다른 독특한 성질을 갖기 때문이죠. 또 13개의 고리 시스템도 가지고 있는데, 이번 관측으로 고리의 구조와 밀도까지 새롭게 확인했습니다.

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2031년, 더 밝은 별을 만난다

NASA는 앞으로 6년 동안 천왕성이 어두운 별을 지나가는 작은 항성식들을 지속적으로 관측할 계획입니다. 특히 2031년에는 이번보다 훨씬 밝은 별과의 항성식이 예고되어 있어, NASA는 항공기나 우주 기반 관측까지 활용해 천왕성 대기 연구의 정점을 찍을 예정입니다.

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왜 항성식이 중요한가?

지구에서 수십억 km 떨어진 행성의 대기를 직접 측정할 수 있는 방법은 거의 없습니다. 하지만 항성식 관측은 별빛이 행성 대기를 통과하며 보여주는 미세한 밝기 변화를 분석해 간접적으로 대기 정보를 얻을 수 있는, 몇 안 되는 ‘우주 원격탐사의 보물 같은 기법’입니다.

NASA는 이번 관측 데이터를 토대로 앞으로 천왕성 탐사선이 보내질 경우 착륙 위험 요소를 줄이고, 대기의 구성과 변화를 예측할 수 있다고 밝혔습니다. 나아가 천왕성 연구는 목성·토성 같은 가스행성뿐 아니라 태양계 바깥의 외계 행성 대기 연구에도 귀중한 비교자료로 활용됩니다.

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📌 출처
NASA Official Website (https://www.nasa.gov)