미란다 (위성)
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1. 개요
미란다는 천왕성의 위성으로, 1948년 제러드 카이퍼에 의해 발견되었다. 윌리엄 셰익스피어의 작품 '템페스트'의 등장인물 이름을 따서 명명되었으며, 천왕성 5대 위성 중 천왕성에 가장 가깝게 공전한다. 미란다는 다른 위성들에 비해 궤도 경사가 크고, 밀도가 낮아 얼음 성분이 많을 것으로 추정된다. 표면은 다양한 지형으로 이루어져 있으며, 특히 '코로나'라고 불리는 독특한 고랑 구조와 베로나 절벽과 같은 거대한 단층애가 특징이다. 보이저 2호의 탐사로 지질학적 활동의 흔적이 발견되었으며, 과거 궤도 공명에 의한 조석 가열이 지질 활동에 영향을 미쳤을 것으로 추정된다.
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| 미란다 (위성) | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| MPC 명칭 | 천왕성 V |
| 다른 이름 | Uranus V |
| 발견 | |
| 발견자 | 제러드 카이퍼 |
| 발견일 | 1948년 2월 16일 |
| 궤도 특성 | |
| 모행성 | 천왕성 |
| 궤도 긴반지름 | 129390 km |
| 이심률 | 0.0013 |
| 공전 주기 | 1.413479일 |
| 평균 궤도 속도 | 6.66 km/s (계산 값) |
| 궤도 경사 | 4.232° (천왕성 적도 기준) |
| 자전 | 동기 자전 |
| 축 기울기 | 0° |
| 물리적 특성 | |
| 평균 반지름 | 235.8 ± 0.7 km (지구의 0.03697배) |
| 크기 | 480 x 468.4 x 465.8 km |
| 표면적 | 698100 km² |
| 부피 | 54830000 km³ |
| 질량 | 6.293 ± 0.300 × 10^19 kg |
| 평균 밀도 | 1.148 g/cm³ (계산 값) |
| 표면 중력 | 0.06293 m/s² |
| 탈출 속도 | 0.187 km/s |
| 반사율 | 0.32 |
| 겉보기 등급 | 16.6 |
| 표면 온도 | ~60 K |
| 최대 표면 온도 | 84 ± 1 K |
| 명칭 | |
| 형용사 | 미란다의, 미란다인 |
| 지질학적 특징 | |
| |
| 베로나 절벽 | 태양계에서 가장 높은 절벽 |
2. 발견 및 작명
1948년 2월 16일, 천문학자 제러드 카이퍼가 맥도널드 천문대의 오토 스트루베 망원경을 사용하여 미란다를 발견했으며,[67][68] 미란다가 천왕성 주변을 도는 모습은 같은 해 3월 1일에 확인되었다.[67] 미란다는 근 100년 만에 처음으로 발견된 천왕성의 위성이었다. 카이퍼는 이 위성의 이름을 윌리엄 셰익스피어의 작품 템페스트의 등장인물 미란다로 지었는데, 그 이유는 이전에 발견된 네 위성, 아리엘, 움브리엘, 티타니아, 오베론이 모두 셰익스피어나 알렉산더 포프의 작품에 나오는 등장인물의 이름을 땄기 때문이다. 하지만 이전의 위성들은 요정들의 이름을 딴 데 비해,[69] 미란다는 인간의 이름을 땄다. 그 뒤에 발견된 천왕성의 위성들은 요정 여부에 상관없이 셰익스피어 작품의 등장인물 이름을 따랐다. 미란다는 'Uranus V'라는 이름도 가지고 있다.[55]
천왕성의 다섯 원형 위성들 중 미란다의 궤도가 가장 천왕성에 가깝고(129,000 km), 이는 천왕성의 고리 중 가장 먼 고리가 천왕성에서 떨어진 거리의 4분의 5이다. 미란다의 공전 주기는 34시간이고, 달처럼 조석 고정되어 있어 천왕성을 향해 항상 한 쪽 면만을 보인다. 미란다의 궤도 경사(4.34°)는 행성에 가까이 붙어 있는 위성치고는 상당히 크고, 다른 천왕성의 위성들의 궤도 경사의 대략 열 배 정도이다. "대략"인 이유는 이 현상을 설명할 궤도 공명 현상이 위성 간에 없고, 따라서 과거에 미란다가 움브리엘과 3:1의 궤도 공명을 갖고 있었고, 어떠한 사건으로 인하여 이 궤도 공명이 깨졌다는 이론으로 이어진다.[70] 천왕성계에서는, 천왕성의 편평도가 낮고 위성들에 비해 행성이 상대적으로 크기 때문에, 궤도 공명에서 탈출하는 것은 목성이나 토성의 위성들보다 더 쉽다.[71][72]
미란다의 밀도는 약 1.2 g/cm³로, 천왕성의 다섯 원형 위성 중 가장 낮다. 이 밀도 값으로 보아 얼음이 60% 이상일 것으로 추정된다.[75] 표면은 대부분 물 얼음으로 이루어져 있을 것으로 보이며, 내부에 규산염과 유기 물질이 존재할 가능성이 있다.
미란다의 표면은 과거 극심한 지질 활동의 흔적을 보여주는 다양한 지형들로 이루어져 있다. 표면은 대부분 얼음인 것으로 보이며, 밀도가 낮아 내부에 규산염과 유기 물질이 있을 가능성이 있다.
3. 궤도
4. 물리적 성질
미란다는 태양계 나이 동안 어떠한 내부 열도 유지하기에는 너무 작다.[17] 천왕성의 위성 중 가장 구형이 아니며, 적도 지름이 극지름보다 3% 더 크다. 지금까지 표면에서 물만 감지되었지만, 메탄, 암모니아, 일산화 탄소, 질소도 3% 농도로 존재할 수 있다는 추측이 있다.[13][9] 이러한 전체적인 특성은 토성의 위성 미마스와 유사하지만, 미마스는 더 작고, 밀도가 낮으며, 더 찌그러져 있다.[9] 일부 연구에서는 미란다가 여전히 지하 바다를 가지고 있을 수 있다고 주장한다.[15][16]
5. 지형
미란다 표면에는 태양계에서 가장 큰 절벽인 베로나 절벽이 있는데, 높이는 약 5 ~ 20km로 추정된다. 1986년 1월 보이저 2호가 촬영한 베로나 절벽의 근접 사진을 보면 벼랑의 높이를 실감할 수 있다.[73][74]
미란다에는 다음과 같은 지질학적 지형들이 있는 것으로 밝혀졌다.
이 외에도, 산등성이는 지형이 옆으로 확장되며 생겨난 지형으로 보이며, 협곡들은 바깥쪽에서 일어난 활동으로 인해 생겨난 지구로 생각된다. 다른 지형들은 얼음화산의 얼음 마그마 분출로 인해 생겨났을 수도 있다. 다이어피어들은 미란다 내부의 밀도 분배를 바꾸었을 것이라고 생각되며, 이 때문에 미란다가 스스로를 재조립했을 수도 있다.[77]
과거 지질 활동은 움브리엘과의 궤도 공명으로 생겨난 조석 가열로 인해 일어났다고 여겨지며, 아리엘과 한때 5:3 궤도 공명을 가졌을 것이라고도 추정된다.[78]
다음은 미란다의 알려진 부분에서 보이는 주요 지질 구조를 정리한 표이다.[21] 이들의 이름은 윌리엄 셰익스피어의 작품에서 따왔다.
| 이름 | 유형 | 길이 (직경) (km) | 위도 (°) | 경도 (°) | 이름의 기원 |
|---|---|---|---|---|---|
| 만투아 레지오 | 레지오 | 399 | −39.6 | 180.2 | 베로나의 두 신사의 줄거리의 일부인 이탈리아 지역 |
| 에페수스 레지오 | 225 | −15 | 250 | 실수 연발에 나오는 터키의 쌍둥이의 집 | |
| 시칠리아 레지오 | 174 | −30 | 317.2 | 겨울 이야기의 줄거리가 있는 이탈리아 지역 | |
| 던시네인 레지오 | 244 | −31.5 | 11.9 | 맥베스가 패배하는 스코틀랜드의 언덕 | |
| 아르기에르 루페스 | 루페스 | 141 | −43.2 | 322.8 | 템페스트의 줄거리가 시작되는 프랑스의 지역 |
| 베로나 루페스 | 116 | −18.3 | 347.8 | 로미오와 줄리엣의 줄거리가 일어나는 이탈리아 도시 | |
| 알론소 | 충돌구 | 25 | −44 | 352.6 | 템페스트에 나오는 나폴리의 왕 |
| 페르디난드 | 17 | −34.8 | 202.1 | 템페스트에 나오는 나폴리 왕의 아들 | |
| 프란시스코 | 14 | −73.2 | 236 | 템페스트에 나오는 나폴리의 영주 | |
| 곤잘로 | 11 | −11.4 | 77 | 템페스트에 나오는 나폴리에서 온 정직한 늙은 조언자 | |
| 프로스페로 | 21 | −32.9 | 329.9 | 템페스트에 나오는 밀라노의 정당한 공작 | |
| 스테파노 | 16 | −41.1 | 234.1 | 템페스트에 나오는 술 취한 집사 | |
| 트리쿨로 | 11 | −63.7 | 163.4 | 템페스트에 나오는 광대 |
5. 1. 코로나 (Coronae)
미란다의 남반구에는 "경주 트랙"을 닮은 세 개의 커다란 고랑 구조가 있는데, 길이는 200km이고 깊이는 20km로, 코로나라고 불린다. 이들은 셰익스피어의 연극에서 이름을 따왔으며, 각각 아르덴, 엘시노어, 인버네스이다. 최상부의 다이어피어 현상이나 따뜻한 얼음이 위로 떠올라서 생긴 지형으로 추정된다.[74][76][60][61] 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 미란다의 촬영되지 않은 부분에도 추가적인 코로나가 있을 것으로 예측된다.[62]| 이름 | 유형 | 길이 (km) | 위도 (°) | 경도 (°) | 이름의 기원 |
|---|---|---|---|---|---|
| 아르덴 코로나 | 코로나 | 318km | -29.1 | 73.7 | 뜻대로 하세요의 배경, 잉글랜드의 숲 |
| 엘시노어 코로나 | 323km | -24.8 | 257.1 | 햄릿의 배경, 덴마크의 성 | |
| 인버네스 코로나 | 234km | -66.9 | 325.7 | 맥베스의 배경, 스코틀랜드 성 |
5. 1. 1. 인버네스 코로나 (Inverness Corona)
인버네스 코로나는 남극 근처에 위치한 사다리꼴 지역으로, 한 변의 길이가 약 200km이다. 이 지역은 밝은 갈매기 모양의 중앙 지질 구조와[22] 상대적으로 높은 알베도(반사율)를 가진 표면이 특징이며, 극 근처 지점에서 북쪽으로 뻗어 나가는 일련의 협곡들을 포함한다.[23] 남북 방향으로 뻗은 협곡들은(위도 약 −55°) 동서 방향으로 뻗은 다른 협곡들과 교차하는 경향이 있다.[23] 인버네스 바깥 경계선과 내부의 융기 및 대비되는 알베도 띠 패턴은 수많은 돌출된 각도를 형성한다. 남쪽, 동쪽, 북쪽 세 면은 복잡한 단층 시스템으로 둘러싸여 있으며, 서쪽 해안은 덜 명확하지만 지각 활동과 관련이 있을 수 있다. 코로나 내부는 몇 킬로미터 간격으로 평행하게 놓인 협곡이 지배적이다.[24] 충돌구 수가 적다는 것은 인버네스가 미란다 표면에서 관찰된 세 개의 코로나 중 가장 젊다는 것을 나타낸다.[25]
5. 1. 2. 아르덴 코로나 (Arden Corona)
아덴 코로나(Arden Corona)는 미란다의 앞쪽 반구에 위치하며 동쪽에서 서쪽으로 약 300km 뻗어 있다. 이 코로나의 바깥쪽 가장자리는 완만한 곡선으로 둘러싸인 평행하고 어두운 띠를 형성하며, 너비가 최소 100km인 더 명확한 직사각형 코어를 형성한다. 전체적인 효과는 선들의 난원체로 묘사되었다. 아덴의 내부와 벨트는 매우 다른 형태를 보인다. 내부 지형은 규칙적이고 부드러워 보인다. 또한 일반적으로 어두운 표면에 흩어져 있는 비교적 밝은 물질의 큰 반점 패턴이 특징이다. 아덴 가장자리의 지역은 분화구 지형(경도 40° 근처)과 교차하는 왕관의 서쪽 끝에서 뻗어 있고 북반구(경도 110° 근처)에서 그 너머로 뻗어 있는 동쪽 측면에서 동심원 알베도 띠가 특징이다.[26] 대비되는 알베도 띠는 외부 단층 절벽 면으로 구성되어 있다.[26] 이러한 일련의 절벽은 아덴과 만투아 레지오(Mantua Regio)라고 불리는 분화구 지형 사이의 경계를 따라 점차적으로 땅을 깊은 구덩이로 밀어 넣는다.[26] 아덴은 인버네스 형성에 앞서 형성되었지만 엘시노어 형성과는 동시대에 일어난 지질학적 에피소드 동안 형성되었다.[25]5. 1. 3. 엘시노어 코로나 (Elsinore Corona)
엘시노어 코로나(Elsinore Corona)는 미란다의 후반구에 위치하며, 크기와 내부 구조가 아르덴 코로나와 대체로 유사하다. 둘 다 너비가 약 100km인 외부 벨트를 가지고 있으며, 이 벨트는 내부 코어를 감싸고 있다. 엘시노어 코어의 지형은 이 외부 벨트에 의해 잘린 복잡한 홈과 융기 교차점으로 구성되어 있으며, 대략 동심원 형태의 선형 능선으로 표시된다. 홈에는 구불구불한 소규모 충돌구 지형도 일부 포함되어 있다. 엘시노어는 가니메데에서 관측된 것과 유사한 "설쿠스"라고 불리는 홈의 일부도 보여준다.[21]5. 2. 단층애 (Rupes)
미란다 표면에는 거대한 단층애(절벽)들이 존재한다. 그중 베로나 절벽은 높이가 5 ~ 20km에 이르는, 태양계에서 가장 큰 절벽으로 알려져 있다.[73][74] 1986년 1월 보이저 2호가 촬영한 베로나 절벽의 근접 사진을 보면 벼랑의 높이를 실감할 수 있다.이러한 단층애들은 인버네스 코로나의 북서쪽에서 시작되어 왕관을 둘러싼 타원형의 바깥 가장자리에 깊은 협곡을 형성하는데, 이를 '''아르기어 루페스'''라고 부른다.[21]
가장 인상적인 단층은 터미네이터(낮과 밤의 경계선)까지 뻗어 있으며, 인버네스 코로나의 중앙 "셰브론(chevron)"의 꼭대기에서 뻗어 있다. 터미네이터 근처에는 베로나 절벽이라고 불리는 거대한 빛나는 절벽이 복잡한 그라벤을 형성한다. 단층의 폭은 약 20km이고, 밝은 가장자리의 그라벤은 10에서 15km 깊이에 이른다. 가파른 절벽의 높이는 5에서 10km이다. 미란다의 극야에 잠긴 면에서 보이저 2호 탐사선으로는 관측할 수 없었지만, 이 지질 구조는 북반구의 터미네이터 너머까지 뻗어 있을 가능성이 있다.[25]
| 이름 | 유형 | 길이 (직경) (km) | 위도 (°) | 경도 (°) | 이름의 기원 |
|---|---|---|---|---|---|
| 아르기에르 루페스 | 루페스 | 141 | −43.2 | 322.8 | 템페스트의 줄거리가 시작되는 프랑스의 지역 |
| 베로나 루페스 | 116 | −18.3 | 347.8 | 로미오와 줄리엣의 줄거리가 일어나는 이탈리아 도시 |
5. 3. 충돌구 (Impact craters)
보이저 2호가 1986년 1월에 근접 비행을 하면서 미란다의 남반구를 촬영하였고, 이 때 촬영된 지역에서만 충돌구들이 관찰되었다. 이 충돌구들은 지름이 500m에서 50km까지 다양하며, 분출물을 동반하거나 뚜렷한 경계를 가지는 것부터, 형태가 변형되어 거의 식별하기 어려운 것까지 다양한 형태를 보인다.[25][27]충돌구의 밀도는 코로나 지역에서 반-천왕성 지역보다 최대 10배 덜 나타난다.[30] 다중 링 충돌구나 중앙 봉우리가 있는 복잡한 충돌구는 관찰되지 않았고,[27] 접시 모양의 단순 충돌구와 평평한 바닥을 가진 과도기적 충돌구가 일반적이다.[27] 15km 이상인 단순 충돌구와 2.5km 크기의 과도기적 충돌구가 모두 확인되었다.[27]
분출물 퇴적물은 드물며, 지름 15km 이상인 충돌구와는 관련이 없다.[27] 3km 미만인 충돌구를 둘러싼 분출물은 주변보다 밝고, 3km에서 15km 사이 크기의 충돌구와 관련된 분출물은 일반적으로 더 어둡다.[27]
일부 지역, 특히 반-천왕성 반구에서는 충돌구가 매우 흔하고 서로 좁은 간격을 두고 붙어 있기도 하다.[27] 다른 지역에서는 충돌구가 덜 흔하고 넓고 완만하게 물결치는 표면으로 분리되어 있다.[27] 마투나 레기오(Matuna Regio)의 트룬실로(Truncilo)와 프란체스코(Fransesco) 충돌구 사이에는 지름 170km의 거대한 원형 지질 구조가 있는데, 이는 매우 심하게 훼손된 충돌 분지일 수 있다.[27]
미란다 충돌구의 특징은 다음과 같다.
| 특징 | 내용 |
|---|---|
| 관측 지역 | 보이저 2호가 촬영한 남반구 |
| 크기 | 500m ~ 50km |
| 형태 | 단순 충돌구, 과도기적 충돌구 (다중 링, 중앙 봉우리 없음) |
| 분출물 | 3km 미만: 주변보다 밝음, 3km ~ 15km: 주변보다 어두움, 15km 이상: 드묾 |
| 밀도 | 코로나 지역 < 반-천왕성 지역 (최대 10배 차이) |
| 특이 지형 | 마투나 레기오: 지름 170km의 훼손된 충돌 분지 추정 |
5. 4. 기타 지형
산등성이는 지형이 옆으로 확장되며 생겨난 지형으로 보이며, 협곡들은 바깥쪽에서 일어난 활동으로 인해 생겨난 지구로 생각된다. 다른 지형들은 얼음화산의 얼음 마그마 분출로 인해 생겨났을 수도 있다. 다이어피어들은 미란다 내부의 밀도 분배를 바꾸었을 것이라고 생각되며, 이 때문에 미란다가 스스로를 재조립했을 수도 있다.[77] 이 과정은 토성의 위성 엔셀라두스에서 일어났을 것이라고 여겨지는 현상과 동일하다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 미란다의 촬영되지 않은 부분에 추가적인 코로나가 있을 것이라고 추정되고 있다.[62]| 이름 | 유형 | 길이 (직경) (km) | 위도 (°) | 경도 (°) | 이름의 기원 |
|---|---|---|---|---|---|
| 만투아 레지오 | 레지오 | 399 | −39.6 | 180.2 | 베로나의 두 신사의 줄거리의 일부인 이탈리아 지역 |
| 에페수스 레지오 | 225 | −15 | 250 | 실수 연발에 나오는 터키의 쌍둥이의 집 | |
| 시칠리아 레지오 | 174 | −30 | 317.2 | 겨울 이야기의 줄거리가 있는 이탈리아 지역 | |
| 던시네인 레지오 | 244 | −31.5 | 11.9 | 맥베스가 패배하는 스코틀랜드의 언덕 | |
| 아르덴 코로나 | 코로나 | 318 | −29.1 | 73.7 | 뜻대로 하세요의 줄거리가 진행되는 잉글랜드의 숲 |
| 엘시노어 코로나 | 323 | −24.8 | 257.1 | 햄릿의 배경이 되는 덴마크의 성 | |
| 인버네스 코로나 | 234 | −66.9 | 325.7 | 맥베스의 스코틀랜드 성 | |
| 아르기에르 루페스 | 루페스 | 141 | −43.2 | 322.8 | 템페스트의 줄거리의 시작이 일어나는 프랑스의 지역 |
| 베로나 루페스 | 116 | −18.3 | 347.8 | 로미오와 줄리엣의 줄거리가 일어나는 이탈리아 도시 | |
| 알론소 | 충돌구 | 25 | −44 | 352.6 | 템페스트에 나오는 나폴리의 왕 |
| 페르디난드 | 17 | −34.8 | 202.1 | 템페스트에 나오는 나폴리 왕의 아들 | |
| 프란시스코 | 14 | −73.2 | 236 | 템페스트에 나오는 나폴리의 영주 | |
| 곤잘로 | 11 | −11.4 | 77 | 템페스트에 나오는 나폴리에서 온 정직한 늙은 조언자 | |
| 프로스페로 | 21 | −32.9 | 329.9 | 템페스트에 나오는 밀라노의 정당한 공작 | |
| 스테파노 | 16 | −41.1 | 234.1 | 템페스트에 나오는 술 취한 집사 | |
| 트리쿨로 | 11 | −63.7 | 163.4 | 템페스트에 나오는 광대 |
6. 지질학적 진화
미란다의 과거 지질 활동은 움브리엘과의 궤도 공명으로 생겨난 조석 가열로 인해 발생했다고 여겨진다.[78] 이 궤도 공명은 궤도 이심률을 증가시켜 천왕성으로부터의 기조력이 시간에 따라 달라지며 미란다 내부를 덥혔을 것이다.[71][72] 미란다는 아리엘과 한때 5:3 궤도 공명을 가졌을 것이라고도 생각되는데, 이 경우에도 내부를 덥히는 데 도움이 되었지만, 움브리엘과의 궤도 공명으로 인해 발생한 열이 약 3배 정도 더 컸을 것으로 추측된다.[78]
보이저 2호가 천왕성에 도착한 직후 발표된 이론 중 하나는, 미란다가 과거에 거대한 운석 충돌을 겪어 위성이 산산조각났다가 조각들이 다시 뭉쳐 현재의 기괴한 지형을 만들었다는 것이었다.[74]
다이어피어는 미란다 내부의 밀도 분배를 바꾸었을 것이라고 생각되며, 이로 인해 미란다가 스스로 재조립했을 수도 있다.[77] 이 과정은 토성의 위성 엔셀라두스에서 일어났을 것이라고 여겨지는 현상과 동일하다.
미란다의 지질학적 역사는 30억 년 이상 지속되었을 수 있으며, 35억 년 전 심하게 분화구를 가진 지역이 나타났다가 수억 년 전 코로나 형성과 함께 끝났을 것으로 추정된다.[45]
7. 관측 및 탐사
미란다의 겉보기 등급은 +16.6으로, 대부분의 아마추어 천문학자들은 관측하기 힘들다.[79] 사실상 미란다의 지질에 대해 알려진 것은 전부 1986년 보이저 2호의 천왕성 근접 통과 때 얻어진 것이다.
보이저 2호가 미란다에 가장 근접했을 때 거리는 29000km였으며, 이는 다른 모든 천왕성 위성보다 훨씬 가까운 거리였다.[8] 모든 천왕성 위성 중에서 미란다는 표면이 가장 잘 보이는 위성이었다.[9] 1986년 1월 25일 ''보이저 2호''가 천왕성을 통과하면서 지질학 및 지리에 관한 정보가 알려졌다.[7]
2017년 미국 항공우주국(NASA)은 행성 과학 10년 조사의 일환으로, 2020년대에 천왕성으로 귀환하는 궤도선의 가능성을 평가했다.[11] 천왕성은 유리한 행성 정렬로 비행 시간이 짧아지기 때문에 해왕성보다 선호되는 목적지였다.[12]
참조
[1]
OED
Miranda
[2]
간행물
Journal of Geophysical Research
1988
[3]
Citation
The life of Miranda'
1929
[4]
웹사이트
Birth of Uranus' provocative moon still puzzles scientists
http://www.space.com[...]
Imaginova Corp
2001-10-16
[5]
웹사이트
APOD: 2016 November 27 - Verona Rupes: Tallest Known Cliff in the Solar System
http://apod.nasa.gov[...]
2018-02-20
[6]
웹사이트
Uranian Satellite Fact Sheet
http://nssdc.gsfc.na[...]
NASA (National Space Science Data Center)
2007-11-23
[7]
서적
Uranus and Neptune: The Distant Giants
https://archive.org/[...]
Columbia University Press
[8]
논문
The Voyager 2 Encounter with Uranus
https://authors.libr[...]
1987-12-30
[9]
서적
Uranus
University of Arizona Press
[10]
문서
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