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벌컨 (행성)

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목차

1. 개요

벌컨은 19세기 천문학자들이 수성 궤도의 이상 현상을 설명하기 위해 제안했던 가상의 행성이다. 프랑스의 수학자 위르뱅 르베리에는 뉴턴 역학으로는 설명되지 않는 수성의 궤도 변동을 설명하기 위해 수성 안쪽에 벌컨이라는 행성이 존재한다고 추정했다. 1859년 아마추어 천문학자 에드몽 모데스트 레스카보가 벌컨을 발견했다고 주장했으나, 이후 관측 실패와 일반 상대성 이론의 등장으로 벌컨의 존재는 부정되었다. 현재는 벌컨 대신 벌컨족이라는 미소 천체군의 가설이 제시되기도 했지만, 역시 증명되지 않았다.

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벌컨 (행성)
행성 정보
이름벌컨
다른 이름불칸
위치태양과 수성 사이 (가설상)
주장자위르뱅 르베리에
주장 이유수성 궤도의 설명되지 않는 변화
첫 관측 주장1859년
관측 주장자에드몽 모데스트 레스카르보
반박알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론
설명수성 궤도의 변화는 일반 상대성 이론으로 설명 가능
현재 상태존재하지 않는 것으로 밝혀짐
문화 속 벌컨
스타 트렉스타 트렉에 등장하는 벌컨 행성은 여기서 유래

2. 역사

1840년 파리 천문대의 프랑수아 아라고는 프랑스의 수학자 위르뱅 르베리에에게 수성의 공전 궤도 연구를 요청했다. 이후 르베리에는 수성 궤도의 근일점 이동에 주목했는데, 이는 고전 역학 예측과 차이를 보였다. 르베리에는 이 현상을 설명하기 위해 수성 안쪽에 '벌컨'이라는 미지의 행성이 존재한다고 추측했다.[29]

이후 벌컨을 찾기 위한 다양한 관측이 시도되었다. 1859년 아마추어 천문학자 에드몽 모데스트 레스카보는 태양 표면에서 작은 검은 점을 관측하고 이것이 벌컨이라고 주장했다. 르베리에는 이 결과를 바탕으로 벌컨의 궤도를 계산하고 과학 아카데미에 발표했지만,[13] 다른 천문학자들은 레스카보의 관측에 의문을 제기했다.[17]

레스카보 보고 이후에도 벌컨으로 추정되는 천체 관측 보고가 여러 차례 있었으나, 대부분 신뢰성이 부족하거나 다른 천체로 밝혀졌다. 1878년 7월 29일의 일식 동안 제임스 크레이그 왓슨과 루이스 스위프트가 벌컨 추정 천체를 관측했다고 주장했지만, 이들의 결과는 서로 일치하지 않았고, 다른 천문학자들의 비판을 받았다.[22]

1900년대 초, 여러 차례 일식 관측에도 벌컨은 발견되지 않았다. 결국 1915년 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 발표되면서 수성의 근일점 이동은 벌컨 없이 설명되었고, 벌컨 가설은 폐기되었다.

2. 1. 르베리에의 예측

1840년 파리 천문대의 프랑수아 아라고는 프랑스의 수학자 위르뱅 르베리에에게 뉴턴 역학에 비추어 수성의 공전 궤도를 연구해 달라고 부탁했다.[29] 르베리에는 아이작 뉴턴의 운동 법칙과 만유인력의 법칙을 기반으로 수성의 운동에 대한 이론을 발표했지만, 예측과 실제 관측 결과는 일치하지 않았다.[8]

그럼에도 르베리에는 연구를 계속하여 1859년에 수성 궤도에 관한 발표를 하였다. 그중에는 수성 궤도의 근일점 이동에 관한 것도 있었는데, 수성의 근일점이 이동하는 속도는 고전 역학으로 예측한 수치보다 1세기 당 43각초 정도 차이가 났다.[10]

르베리에는 이러한 현상이 수성 안쪽에 아직 발견되지 않은 행성이나 소행성대가 존재하기 때문이라고 추측하고, 그 행성의 이름을 ‘벌컨’이라고 지었다.[11] ‘벌컨(Vulcan)’이란 이름은 로마 신화에 등장하는 대장장이의 신 불카누스에서 온 것이다.[29] 르베리에는 해왕성의 존재를 예측하여 성공한 경험[12]이 있었기 때문에, 많은 천문학자들이 벌컨의 존재를 찾기 시작했다.

19세기 당시 천문학계는 외행성 궤도의 섭동으로부터 해왕성의 존재를 예언하는 데 성공했고, 수성 궤도의 근일점 이동 문제도 이와 유사하게 해결할 수 있을 것이라고 생각했다.[27]

2. 2. 레스카보의 발견 주장

1859년, 아마추어 천문학자 에드몽 모데스트 레스카보는 자신이 벌컨으로 추정되는 천체를 관측했다고 보고했다.[28] 그해 3월 26일, 레스카보는 태양 표면에서 작은 검은 점을 관측했고, 시간이 흐른 뒤 그것이 움직인다는 것을 알아챘다.[14] 그는 1845년에 관측했던 수성의 통과 현상과 비슷하다고 생각했다. 그는 이미 이동한 거리를 추정하고, 위치와 이동 방향을 측정했으며, 환자들의 맥박을 측정하는 데 사용했던 낡은 시계와 진자를 사용하여 총 통과 시간을 추정했다(1시간 17분 9초).[13]

이 소식을 들은 위르뱅 르베리에는 레스카보의 관측소를 방문하여 그의 관측 기록을 검토했다.[13] 르베리에는 레스카보의 조악한 장비에도 불구하고, 그가 이전에 알려지지 않은 행성의 통과 현상을 보았다는 사실에 만족했다. 1860년 1월 2일, 르베리에는 과학 아카데미 회의에서 새로운 행성의 발견을 발표하고, 로마 신화의 불의 신 불칸의 이름을 따서 "벌컨"이라고 명명했다.[15] 레스카보는 이 공로를 인정받아 레지옹 도뇌르 훈장을 수여받고 수많은 학회에 초청받았다.[16]

르베리에는 레스카보의 관측을 토대로 벌컨의 궤도를 계산했다. 그는 벌컨이 21e6km 떨어진 거의 원형 궤도로 태양을 공전하며, 공전 주기는 19일 17시간이고, 궤도는 황도에 대해 12도 10분 기울어져 있다고 추정했다. 지구에서 볼 때 벌컨의 태양으로부터의 최대 이각은 8도였다.[13]

그러나 모든 사람이 레스카보의 발견을 인정하지는 않았다. 저명한 프랑스 천문학자 에마뉘엘 리아는 레스카보가 관측했다고 주장한 바로 그 순간에, 자신은 레스카보의 망원경보다 두 배나 강력한 망원경으로 태양 표면을 연구하고 있었다고 주장하며, 행성 통과 현상을 보지 못했다고 반박했다.[17]

2. 3. 추가 관측 시도와 실패

레스카보의 보고 이후, 여러 아마추어 천문학자들이 설명할 수 없는 통과 현상을 보았다고 르베리에에게 보고했다. 이러한 보고 중 일부는 수년 전의 관측이었고, 정확한 시간이나 날짜가 기록되지 않은 경우도 있었다. 그럼에도 르베리에는 새로운 관측 보고가 있을 때마다 벌컨의 궤도 매개변수를 수정하고 미래의 벌컨 통과 날짜를 발표했지만, 예측한 현상이 나타나지 않으면 매개변수를 다시 조정했다.[18]

1860년 1월 29일, 런던의 F.A.R. 러셀과 다른 세 사람은 수성 안쪽 행성의 통과로 추정되는 현상을 목격했다.[19] 수년 후, 미국의 관측자 리처드 코빙턴은 워싱턴 준주에 주둔하던 1860년경에 태양 원반을 가로질러 이동하는 뚜렷한 검은 점을 보았다고 주장했다.[20]

1861년에는 벌컨 관측이 없었다. 1862년 3월 20일, 그리니치 시간으로 오전 8시에서 9시 사이에 잉글랜드 맨체스터 출신의 럼미 씨가 통과 현상을 관측했고, 그의 동료도 이를 목격했다.[21] 이 보고를 바탕으로, 프랑스 천문학자 뱅자맹 발츠와 로돌프 라도는 독립적으로 천체의 궤도 주기를 계산했다. 발츠는 17일 13시간, 라도는 19일 22시간으로 계산했다.[7]

1865년 5월 8일, 프랑스 천문학자 아리스티드 콤바리는 터키 이스탄불에서 예상치 못한 통과 현상을 관측했다.

1866년부터 1878년까지는 가설 속 행성에 대한 신뢰할 만한 관측이 없었다. 1878년 7월 29일의 일식 동안, 미시간 앤아버 천문대의 제임스 크레이그 왓슨 교수와 뉴욕주 로체스터 출신의 루이스 스위프트는 모두 태양 근처에서 벌컨형 행성을 보았다고 주장했다. 와이오밍주 세퍼레이션 포인트에서 관측한 왓슨은 행성이 태양 남서쪽 약 2.5도 떨어진 곳에 위치하며 겉보기 등급은 4.5로 추정했다. 콜로라도주 덴버 인근에서 일식을 관측한 스위프트는 수성 안쪽 행성으로 보이는 물체를 태양 남서쪽 약 3도 떨어진 곳에서 관측했다. 그는 그 밝기를 세타 게자리와 같다고 추정했는데, 이는 전체 일식 동안에도 보였던 5등급 별로, 그 "행성"에서 약 6~7분 거리에 있었다. 세타 게자리와 그 행성은 태양 중심과 거의 일직선상에 있었다.

왓슨과 스위프트는 뛰어난 관측자로 명성이 높았다. 왓슨은 이미 20개 이상의 소행성을 발견했고, 스위프트는 그의 이름을 딴 여러 혜성을 가지고 있었다. 두 사람 모두 가설 속 수성 안쪽 행성의 색깔을 "붉은색"이라고 묘사했다. 왓슨은 망원경에서 단순한 빛의 점으로 보이는 별들과 달리 뚜렷한 원반을 가지고 있었고, 그 위상이 합에 접근하면서 태양 반대편에 있다는 것을 나타낸다고 보고했다.[22]

왓슨과 스위프트는 알려지지 않은 별이 아닌 두 개의 물체를 관측했지만, 스위프트가 좌표 오류를 수정한 후에도 좌표가 서로 일치하지 않았고, 알려진 별과도 일치하지 않았다. 일식 동안 ''네'' 개의 물체가 관측되었다는 생각은 과학 저널에서 논란을 일으켰고, 왓슨의 경쟁자인 C. H. F. 피터스는 왓슨의 기록 장치 오차 범위가 밝은 별을 포함할 만큼 컸다고 지적하며 조롱했다. 벌컨 가설에 회의적인 피터스는 모든 관측을 별을 행성으로 오인한 것으로 일축했다.[23]

천문학자들은 1883년, 1887년, 1889년, 1900년, 1901년, 1905년, 1908년의 일식 동안 벌컨을 계속 찾았다.[23] 1908년, 리크 천문대의 윌리엄 월리스 캠벨과 찰스 딜런 페린은 1901년, 1905년, 1908년에 세 번의 일식 탐사를 통해 종합적인 사진 관측을 실시한 후, "세 크로커 탐사의 연구는... 반세기 동안 유명했던 수성 안쪽 행성 문제의 관측 측면을 확실하게 종결시켰다고 생각합니다."라고 말했다.[24]

2. 4. 가설의 폐기

1915년, 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 고전 역학과는 완전히 다른 방식으로 중력을 이해하여, 위르뱅 르베리에가 가정한 가상 행성 벌컨의 필요성을 없앴다. 이 이론은 수성의 궤도에서 나타나는 특이 현상이 태양의 질량으로 인한 시공간의 휨 현상의 결과임을 보여주었다.[25] 이는 수성의 근일점이 궤도 공전마다 0.1초, 즉 1세기마다 43초만큼 이동한다는 것을 예측했는데, 이는 실제로 관측된 값과 정확히 일치했다(가상의 벌컨의 존재에 의존하지 않고).[26] 새로운 이론은 모든 행성의 예상 궤도를 수정했지만, 태양에서 멀어질수록 뉴턴 역학과의 차이는 빠르게 줄어들었다. 또한, 수성은 비교적 궤도 이심률이 커서 금성과 지구의 거의 원형 궤도보다 근일점 이동을 감지하기가 훨씬 더 쉬웠다. 아인슈타인의 이론은 1919년 5월 29일 일식 동안의 에딩턴 실험을 통해 경험적으로 검증되었는데, 사진을 통해 시공간의 휨 현상이 태양 주위의 별빛을 굴절시킨다는 것을 보여주었다. 천문학자들은 중력에 대한 수정된 방정식을 고려할 때, 수성 궤도 안쪽에 큰 행성이 존재할 수 없다는 것을 일반적으로 빠르게 받아들였다.[23]

20세기에 들어 수성의 근일점 이동은 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 의해 해결될 수 있음이 시사되었고, 역사적인 일식 관측을 통해 일반 상대성 이론의 타당성이 검증됨과 동시에, 이 문제는 가설의 행성 벌컨의 섭동에 의한 설명은 주류에서 벗어났다.

3. 벌컨족

비록 벌컨 가설은 폐기되었지만, 수성 궤도 안쪽에 소행성군이 존재할 가능성은 여전히 남아있다. 이 가상의 소행성군을 '벌컨족'이라고 부른다. 2006년 행성의 정의가 명확해짐에 따라, 미소 천체군으로서의 벌컨이 발견된다 하더라도 행성으로 분류되지는 않는다.

3. 1. 벌컨족 탐색

1840년 파리 천문대의 프랑수아 아라고는 프랑스의 수학자 위르뱅 르베리에에게 뉴턴 역학에 비추어 수성의 공전 궤도를 연구해 달라고 부탁했다. 르베리에는 수성 궤도 안쪽에 행성이 더 있기 때문에 근일점 이동 현상이 나타난다고 추측하고, 그 행성의 이름을 로마 신화의 대장장이 신 불카누스에서 따와 ‘벌컨’이라고 지었다. 르베리에가 같은 방법으로 해왕성의 존재를 예측하여 성공한 바가 있기 때문에, 많은 천문학자들이 벌컨의 존재를 찾기 시작했다.[29]

하지만 1915년 일반 상대성 이론이 발표되면서 수성 궤도에 대한 의문이 해소되었고, 상대성 이론으로는 뉴턴 역학이 설명할 수 없던 수성 근일점 이동의 관측값을 설명할 수 있었다.

초기의 일반 상대성 이론에 의한 근일점 이동 계산 수치는 관측 오차를 고려했을 때 정확하다고 할 수 없었다. 벌컨을 하나의 천체로 보는 것이 아니라, 벌컨 궤도에 존재하는 다수의 미소 천체군 섭동을 고려하면 수성의 근일점 이동을 설명할 수 있다는 '벌컨족 가설'도 주장되었지만, 소행성은 관측되지 않았다. 더 미세한 먼지 집합 링 또한 상정되었지만 확인되지 않았다.

3. 2. 벌컨족과 관련된 논의

초기 일반 상대성 이론에 의한 근일점 이동 계산 수치는 관측 오차로 인해 정확하다고 할 수 없었다. 벌컨족 가설도 주장되었는데, 이는 벌컨을 하나의 천체가 아닌 벌컨 궤도에 존재하는 다수의 미소 천체군 섭동으로 수성의 근일점 이동을 설명할 수 있다는 것이었다. 그러나 소행성은 관측되지 않았고, 더 미세한 먼지 집합 링 또한 확인되지 않았다. 2006년 행성의 정의가 명확해지면서, 미소 천체군으로서의 벌컨이 발견된다 하더라도 행성으로 분류되지 않는다.[29]

4. 명칭

벌컨(Vulcan)이라는 이름은 로마 신화의 불과 대장장이의 신 불카누스(Vulcanus)에서 유래했다.[1] 이는 수성보다 태양에 더 가까워 표면 온도가 매우 높을 것이라는 추측에서 비롯되었다.[1] 1846년 프랑스 물리학자, 수학자, 천문학자 자크 바비네는 태양에 가까운 행성의 이름을 불칸으로 제안했다.[7]

4. 1. 한국어 명칭

한국에서는 벌컨이라는 명칭이 사용되며, 과거 점성술에서는 '용광성'으로 번역되기도 했다.[1] 벌컨은 라틴어 이름 울카누스의 영어 형태를 일본어에서 관용적으로 표기한 이름이다.[1]

참조

[1] 웹사이트 LOC file of the solar system, as seen in 1846 https://www.loc.gov/[...] 2019-01-02
[2] OED Vulcan
[3] 웹사이트 Precession of the perihelion of Mercury, aether.lbl.gov https://aether.lbl.g[...]
[4] 학술지 Impact Avalanche Ejection of Silicates from Mercury and the Evolution of the Mercury / Venus System 1992
[5] 학술지 The Monthly magazine. v.45 (1818). - Full View {{!}} HathiTrust Digital Library {{!}} HathiTrust Digital Library https://babel.hathit[...] 2017-07-04
[6] 학술지 The Supposed New Planet Vulcan 1869-05-04
[7] 서적 In Search of Planet Vulcan: The Ghost in Newton's Clockwork Basic Books 2003-08
[8] 서적 100 Years of Gravity and Accelerated Frames: The Deepest Insights of Einstein and Yang-Mills World Scientific 2005
[9] 서적 Théorie du mouvement de Mercure https://books.google[...] Bachelier 1845
[10] 웹사이트 Mercury's Perihelion (2003). - http://www.math.toro[...] 2018-11-14
[11] 문서 The Hunt for Vulcan. . . And How Albert Einstein Destroyed a Planet, Discovered Relativity, and Deciphered the Universe Random House Publishing Group 2015
[12] 학술지 Account of the discovery of the planet of Le Verrier at Berlin Blackwell Publishing 1846-11-13
[13] 서적 The hunt for Vulcan: ... and how Albert Einstein destroyed a planet, discovered relativity, and deciphered the universe https://archive.org/[...] Random House
[14] 뉴스 A Promised Transit of Vulcan https://books.google[...] 1879-03-15
[15] 서적 Archaic Roman Religion: Volume One Johns Hopkins University Press 1996
[16] 뉴스 Leverrier and the Discovery of Neptune https://www.nytimes.[...] 1877-09-30
[17] 간행물 Popular Science 1878
[18] 서적 Sirius - Brightest Diamond in the Night Sky Springer New York 2007
[19] 간행물 Nature 1876-10-05
[20] 간행물 Scientific American 1876-11-25
[21] 웹사이트 1862MNRAS..22..232H Page 232 http://adsbit.harvar[...] 2019-04-10
[22] 서적 Mystery of the Ashen Light of Venus - Investigating a 400-Year-Old Phenomenon Springer International Publishing 2021
[23] 서적 American Eclipse Liveright
[24] 학술지 Report of the Lick Observatory 1909
[25] 웹사이트 Kurt Larson, Jan 2, 1860: The Discovery of Planet Vulcan, oddsalon.com https://www.oddsalon[...]
[26] 간행물 Vulcan Chase - The Search for an Inside Planet 1997-12
[27] 문서 それをもとに[[ヨハン・ガレ]]が海王星を発見している
[28] 서적 중력의 재발견 早川書房
[29] 서적 https://archive.org/[...]


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