태양계를 이루는 지구형 행성, 수성, 금성

태양의 구성원은 태양을 중심으로 공전하는 8개의 행성과 위성, 소행성, 왜행성, 혜성, 유성체 등이 있다. 8개의 행성 중 지구의 공전궤도 안쪽에 위치한 수성, 금성을 내행성이라 한다. 지구 궤도 바깥에 위치한 행성의 외행성이라 하며, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성을 말한다. 또 다른 분류 기준은 주성분에 따른 것이다. 지구를 포함해 수성, 금성, 화성처럼 단단한 고체 표면을 가진 행성을 지구형 행성, 또는 암석형 행성이라고 한다. 그리고 목성, 토성, 천왕성, 해왕성과 같이 가스로 이루어진 행성을 목성형 행성, 가스형 행성이라 한다. 지구형 행성들은 태양 가까이에 모여 있고, 목성형 행성에 비해 크기도 작다.
태양계 첫 번째 행성인 수성은 지름이 4,880km이고, 태양으로부터의 평균 거리는 5,800km이다. 공전주기는 88일, 자전주기는 58일이며 위성은 없다. 수성은 늘 태양 옆에 있기에 관측하기가 어려운 편이다. 그래서 해가 뜨거나 지기 직전에 잠깐 만날 수 있다. 태양계 가장 안쪽에 있어서 많이 찌그러진 타원궤도로 태양 둘레는 도는데, 초속 50km의 빠른 속도로 88만에 태양을 한 바퀴 돈다. 그에 반해 자전 속도는 느려서 58일이 걸린다. 그래서 수성의 하룻낮과 밤은 176일이나 된다. 또한 대기가 거의 없기 때문에 햇빛을 받는 낮에는 430℃이고, 밤에는 영하 170℃로 낮과 밤의 온도 차가 매우 심하다. 수성의 표면은 운석 충돌로 인한 많은 크레이터가 있다. 가장 큰 크레이터는 지름이 1,550km인 칼로리스 분지고, 한반도 크기의 2배나 된다. 이 크레이터 중 우리나라 조선시대의 문인 윤선도와 정철의 이름이 붙은 것도 있다. 수성의 다른 지형적 특징은 거대한 절벽들이다. 링클 리지라고 불리는 거대한 절벽은 높이가 몇 km나 되고, 길이가 500km나 되는 것도 있다. 수성 생성 초기에 내부가 얼어서 수축했을 때 생긴 것들이다. 수성을 최초로 방문한 우주선은 나사가 1973년 11월에 발사한 매리너 10호다. 매리너는 금성을 지날 때 금성 대기를 조사하고 촬영했다. 수성 근처를 통과할 때는 300km까지 접근해서 수성의 온도를 알아내기도 했다. 2004년 8월 3일에 발사한 미국의 탐사선 메신저가 두 번째 수성 탐사선이다. 2011년 3월에 최초로 수성 궤도에 들어가서 3,000번 이상 수성 궤도를 돌면서 수성 지도 제작 등을 수행했다. 그리고 2014년 10월 수성의 북극에서 물로 생성된 얼음을 처음으로 촬영하는 데 성공했다. 태양광이 닿지 않는 북극 크레이터 속의 얼음으로, 양이 상당할 것으로 추측된다. 태양과 가장 가까워서 아주 뜨거운 수성에 얼음이 있는 것은 자전축이 거의 0도에 가까워 북극에는 햇빛이 닿지 않기 때문이다. 과학자들은 물의 근원이 태양계 생성의 비밀을 풀어줄 열쇠라 여기며 수성의 물 연구에 매진하고 있다. 메신저는 주요 관측 임무를 끝내고 연료 부족으로 2015년 4월 30일에 시속 14,000km의 속도로 수성에 출동했다. 그리고 지름 15m 정도 되는 분화구 형태의 흔적으로 수성에 첫 발자국을 남겼다.
금성은 두 번째 태양계 행성으로 지름은 1만 2,100k, 태양으로부터 평균 거리는 1억 800만km이다. 공전주기는 255일이며 자전주기는 243일로 수성과 마찬가지로 위성은 없다. 금성은 하늘에서 해, 달 다음으로 밝은 천체다. 가장 밝을 때는 -4.6등급으로 이때는 낮에도 맨눈으로 볼 수 있다. 반짝이는 모습이 아름다워 미의 여신을 뜻하는 비너스라 이름 붙였다. 우리나라에서는 새벽에 동쪽에 나타날 때는 계명성, 샛별이라 하고, 저물녘 서쪽에 나타날 때는 태백성, 개밥바라기라 불렀다. 개가 저녁밥을 기다리는 시간에 뜨는 별이라는 뜻이다. 이처럼 해가 뜨기 직전이나 해진 직후에만 금성이 보이는 이유는 태양에서 두 번째로 가까운 궤도를 돌고 있기 때문이다. 태양을 중심을 공전하기에 달처럼 모양이 변하는 위상변화를 보인다. 망원경으로 보면 초승달처럼 보이기도 한다. 이를 처음 확인한 갈릴레오는 지동설의 강력한 증거로 삼기도 했다. 지구에서 볼 때 금성이 태양 너머에 있으면 보름달 모양으로 보인다. 이때를 외합이라고 하는데, 이는 지구에서 금성이 가장 멀리 떨어져 있을 때다. 반대로 금성이 태양 앞에 있어서 지구와 가장 가까울 때를 내합이라 한다. 이때는 금성까지의 거리가 4천만km도 되지 않는다. 달을 빼면 지구와 이토록 가까운 천체는 금성뿐이다. 금성이 태양으로부터 가장 멀리 있을 때는 반달처럼 보인다. 이때를 태양-지구-내행성을 이루는 가장 큰 각, 즉 최대이각이라 한다. 수성의 최대이각이 28도인 데 반해 금성의 최대이각은 47도나 된다. 그만큼 태양으로부터 떨어져 있어서 관측이 더 쉽다는 뜻이다. 금성은 지구와 많이 닮아있다. 성분이나 밀도도 비슷하고 크기나 무게도 비슷하다. 금성의 지름은 지구의 0.95배이고, 질량은 지구의 0.82배, 중력은 0.91배이다. 이렇듯 큰 차이가 없어서 지구의 쌍둥이나 자매 행성이라 부르기도 한다. 하지만 지구는 물과 생명이 있는 푸른 행성이고, 금성의 표면은 납도 녹을 온도인 400℃로 펄펄 끓으며 황산 비가 내리는 지옥 행성이다. 이는 바로 이산화탄소 때문이다. 금성이 막 생겨났을 때, 표면은 이산화탄소를 많이 가진 물질들로 덮여 있었다. 이것이 햇빛을 받으며 증발해 대기를 이뤘는데, 이산화탄소는 온실효과를 불러오며, 한번 들어온 태양열은 빠져나가지 못한다. 이렇게 수십억 년 쌓여 오늘날의 금성 표면 온도가 400℃에 이르게 된 것이다. 가장 뜨거운 행성인 금성은 황산으로 이루어진 짙은 구름이 빈틈없이 덮고 있고 90기압의 두터운 대기로 가려져 있어서 관측이 쉽지 않았다. 하지만 1958년 과학자들은 금성을 향해 전파를 쏘아 보내 금성의 표면 온도를 알아냈다. 금성이 아름답게 반짝이는 것은 이 황산 구름이 햇빛을 반사하기 때문이다. 우리가 보는 아름다운 금성은 금성의 황산 구름인 셈이다. 또 하나 지구와 다른 점이 있다면, 금성은 자기마당이 없다는 점이다. 지구는 자전 속도가 빨라서 지구를 둘러싼 자기마당이 생긴다. 그래서 이 자기마당이 태양풍으로부터 지구 대기가 날아가지 않게 막아준다. 하지만 자전 속도가 느린 금성은 태양풍을 그대로 맞아야 한다. 금성은 자전주기가 공전주기보다 길다. 또한 자전 방향도 지구와는 반대다. 보통 행성들은 북반구에서 볼 때 시계 반대 방향으로 자전하지만, 금성은 시계 방향으로 돈다. 이렇듯 금성만 시계방향으로 도는 이유는 밝혀지지 않았다. 수십억 년 동안 무겁고 두꺼운 대기의 조석력 때문에 자전 속도가 점차 느려졌을 것이라는 가설이 있을 뿐이다. 금성의 지표는 평지, 산맥, 계곡, 협곡과 충돌로 생긴 크레이터로 이루어져 있다. 1989년 5월 나사가 발사한 마젤란 탐사선이 레이더로 금성 표면과 중력장을 조사했다. 그 결과 금성 표면에서는 활발한 화산활동의 흔적이 발견되었고, 대기 중에 황이 발견되면서 일부 화산은 지금도 활동하고 있음을 알게 되었다. 금성 궤도를 돌며 금성 표면의 99%의 지도를 작성한 마젤란 탐사선은 금성의 환경을 견디지 못하고 1994년 금성의 대기로 뛰어들며 명을 다했다.