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트리톤 (위성)

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목차

1. 개요

트리톤은 해왕성의 가장 큰 위성이며, 1846년 윌리엄 라셀에 의해 발견되었다. 그리스 신화의 바다의 신 트리톤의 이름을 따서 명명되었으며, 태양계의 큰 위성 중 유일하게 해왕성 주위를 역행하는 궤도로 공전한다. 트리톤은 카이퍼 벨트에서 포획되었을 것으로 추정되며, 질소 대기와 얼음 화산, 다양한 지형적 특징을 가지고 있다. 1989년 보이저 2호의 탐사 이후, 여러 탐사 계획이 제안되었으며, 2019년에는 트라이던트 탐사선이 제안되었다.

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트리톤 (위성)
기본 정보
보이저 2호가 촬영한 트리톤의 모자이크 사진.
보이저 2호가 촬영한 트리톤의 모자이크 사진. 트리톤의 거대한 남극 지방이 이미지의 대부분을 차지하며, 중앙 왼쪽에는 레비아탄 파테라와 같은 저온 화산 지형이 위치해 있다.
명칭트리톤
MPC 명칭Neptune I
발음()
형용사트리톤의 ()
이름 유래Τρίτων Trītōn
발견자윌리엄 라셀
발견일1846년 10월 10일
분류해왕성의 위성 (불규칙 위성)
궤도 정보
궤도 장반경354,759 km
궤도 이심률0.000016
공전 주기5.876854일 (역행)
평균 궤도 속도4.39 km/s
궤도 경사129.812° (황도면 기준)
156.885° (해왕성 적도 기준)
129.608° (해왕성 궤도 기준)
주 행성해왕성
물리적 특성
평균 반지름1,353.4 ± 0.9 km (지구 반지름의 0.2122배)
표면적23,018,000 km²
부피10,384,000,000 km³
질량2.1389 ± 0.0028 × 10^22 kg (지구 질량의 0.00358배)
평균 밀도2.061 g/cm³
표면 중력0.779 m/s² (0.0794 g, 달의 0.48배)
탈출 속도1.455 km/s
항성일5일 21시간 2분 53초
자전동기화
자전축 기울기0° (해왕성 공전 기준)
알베도0.76
겉보기 등급13.47
절대 등급-1.2
표면 온도38 K (-235.2 °C)
대기
대기 존재 여부예
표면 압력1.4 Pa (1989년)
1.9 Pa (1997년)
1.454 Pa (2022년)
대기 조성질소; 메탄 및 일산화탄소 미량

2. 발견과 명명

트리톤을 발견한 윌리엄 라셀


트리톤은 해왕성이 발견된 후 17일 만인 1846년 10월 10일 영국의 천문학자 윌리엄 라셀에 의해 발견되었다.[158][153][47] 존 허셜은 해왕성이 발견되었다는 소식을 듣고 라셀에게 위성을 찾아볼 것을 권유하는 편지를 썼고, 라셀은 8일 후 트리톤을 발견하였다.[158][153] [47][48] 라셀은 해왕성의 고리도 발견했다고 주장했는데, 추후 해왕성에 실제로 고리가 있음이 판명되기는 했지만 아주 희미하고 어두워서 라셀이 정말로 고리를 본 것인지는 의문스럽다.[159][49] 직업이 양조업자였던 라셀은 직접 제작한 지름 61cm의 구경 금속 반사 망원경으로 트리톤을 발견했다.[4]

트리톤이라는 이름은 그리스 신화의 바다의 신 트리톤(포세이돈의 아들)에서 따온 것이다. 이 이름은 카미유 플라마리옹이 1880년에 출판한 책 ''Astronomie Populaire''에서 처음 제안되었지만,[160][50] 해왕성의 두 번째 위성인 네레이드가 발견되기 전까지는 공식적으로 채택되지 않았고,[161][51] 트리톤은 그냥 ‘해왕성의 위성’으로 불렸다. 라셀은 트리톤을 발견하고도 이름을 붙이지 않았지만, 나중에 토성의 여덟 번째 위성인 히페리온을 발견했을 때에는 이름을 제안한 적이 있다.[52]

3. 궤도와 공전

트리톤은 해왕성을 역행 공전하는 특이한 위성이다. 이러한 역행 공전은 트리톤이 해왕성과 함께 생성된 것이 아니라, 나중에 해왕성의 중력에 포획되었음을 시사한다. 트리톤의 궤도는 해왕성의 자전축과 공전면에 대해 크게 기울어져 있으며, 시간에 따라 세차 운동을 통해 그 기울기가 변한다.

트리톤은 조석 고정되어 항상 같은 면이 해왕성을 향하고 있으며, 자전축이 기울어져 있어 계절 변화가 발생한다. 또한, 트리톤의 궤도는 거의 완벽한 원형인데, 이는 일반적인 조석 효과 외에 다른 요인(예: 순행 잔해 원반과의 상호작용)이 작용했음을 나타낸다. 트리톤은 조석 감속으로 인해 점차 해왕성에 가까워지고 있으며, 결국에는 로슈 한계를 넘어 파괴될 것으로 예상된다.

3. 1. 궤도의 특징

트리톤은 태양계의 큰 위성들 중 유일하게 자신의 행성(해왕성) 주위를 역행하는 위성이다. 즉, 해왕성의 자전 방향과 반대로 공전한다. 목성, 토성, 천왕성 외곽의 불규칙 위성들 중 역행 궤도를 가진 경우가 많지만, 이들은 크기가 작고 모행성으로부터 매우 멀리 떨어져 있다. 이들 중 가장 큰 포에베조차도 트리톤 지름의 8%, 질량의 0.03%에 불과하다.[149]

트리톤의 궤도는 두 가지 기울기와 관련되어 있다. 하나는 해왕성의 자전축이 해왕성의 공전 궤도면에 대해 기울어진 각도(황경차)인 30°이고, 다른 하나는 트리톤의 궤도가 해왕성의 자전에 대해 기울어진 각도인 157°이다. 90°를 넘는 경사각은 역행 운동을 나타낸다. 트리톤의 궤도는 해왕성의 자전에 대해 약 678년(4.1 해왕성년) 주기로 세차 운동을 한다.[154][155] 이에 따라 해왕성 궤도에 대한 상대적 경사각은 127°에서 173° 사이에서 변하며, 현재는 130°이다.

트리톤의 자전은 해왕성 주위 궤도와 조석 고정되어 있어 항상 한쪽 면만 해왕성을 향한다. 트리톤의 적도는 궤도면과 거의 일치한다.[163] 현재 트리톤의 자전축은 해왕성의 궤도면에서 약 40° 기울어져 있다. 따라서 해왕성이 태양을 공전함에 따라 트리톤의 극지방은 번갈아 가며 태양을 향하게 되고, 이에 따라 계절 변화가 발생한다. 이러한 변화는 2010년에 관측되었다.[164]

트리톤의 해왕성 공전 궤도는 궤도 이심률이 거의 0에 가까운 완벽한 원이다. 조석에 의한 점탄성 감쇠만으로는 트리톤의 궤도를 원형화하기에 충분한 시간이 없다고 여겨지며, 순행하는 잔해 원반으로부터의 항력이 중요한 역할을 했을 것으로 보인다.[154][155] 또한, 조석 감속으로 인해 트리톤은 점차 해왕성에 가까워지고 있다. 예측에 따르면 36억 년 후 트리톤은 해왕성의 로슈 한계 안으로 들어가 해왕성의 대기와 충돌하거나 파괴되어 토성과 같은 고리를 형성할 것이다.[165]

3. 2. 조석 효과

트리톤은 태양계의 큰 위성들 중 유일하게 자신의 행성(해왕성) 주위를 역행하는 위성이다. 목성, 토성, 천왕성 외곽의 불규칙 위성들은 역행 궤도를 가지는 경우가 많지만, 이들은 크기가 작고 모행성으로부터 멀리 떨어져 있다. 이들 중 가장 큰 포에베조차도 트리톤 지름의 8%, 질량의 0.03%에 불과하다.[149]

트리톤의 궤도는 해왕성의 자전/공전 경사각(30°)과 해왕성의 자전/트리톤의 공전 경사각(157°)과 관련되어 있다. 트리톤의 공전 주기는 678년(해왕성의 4.1년)이며, 세차 운동을 하고 있어[154][155] 궤도 경사각이 127°에서 173°까지 변화한다. 현재 궤도 경사각은 130°이다.

트리톤의 궤도는 이심률이 거의 0인 완벽한 원형인데, 태양계 형성~현재까지의 조석 효과만으로는 이 궤도를 설명하기 어렵다. 따라서 트리톤과 반대로 공전하는 파편 원반으로부터의 항력이 주요 역할을 했을 것으로 보인다.[154][155]

트리톤은 조석 감속으로 인해 36억 년 후에는 해왕성의 로슈 한계를 넘어 해왕성의 기조력에 의해 파괴되어 토성과 같은 고리를 형성할 것으로 예측된다.[165]

트리톤의 적도는 해왕성의 궤도면과 거의 일치한다.[163] 현재 트리톤의 자전축은 해왕성의 공전면에서 약 40°가량 떨어져 있어 해왕성이 태양을 공전하면서 극점이 태양에 가까워지는 시기에 트리톤의 극지방은 태양을 바라보게 되고, 이에 따라 극지방에서 태양빛에 따른 계절 변화가 일어나는 것이 관찰되었다.[164]

3. 3. 자전

트리톤은 태양계의 큰 위성들 중 유일하게 자신의 행성(해왕성) 주위를 역행하는 위성이다. 즉, 해왕성의 자전 방향과 반대로 공전한다. 목성, 토성, 천왕성의 바깥쪽 불규칙 위성들은 역행 궤도를 가지는 경우가 많지만, 이들은 크기가 작고 모행성으로부터 매우 멀리 떨어져 있다. 이들 중 가장 큰 포에베[149]조차도 트리톤 지름의 8%, 질량의 0.03%에 불과하다.[36]

트리톤의 궤도는 해왕성의 자전축이 해왕성의 궤도면에 대해 기울어진 각도(30°)와 트리톤의 궤도가 해왕성의 자전축에 대해 기울어진 각도(157°)와 관련되어 있다. 트리톤의 궤도는 해왕성의 자전에 대해 약 678년(4.1 해왕성년) 주기로 세차 운동을 한다.[154][155] 이에 따라 해왕성 궤도에 대한 상대적 경사각은 127°에서 173° 사이에서 변하며, 현재는 130°이다.

트리톤의 자전은 해왕성 주위 궤도와 조석 고정되어 있어 항상 한쪽 면만 해왕성을 향한다. 트리톤의 적도는 궤도면과 거의 일치한다.[163] 현재 트리톤의 자전축은 해왕성의 궤도면에서 약 40° 기울어져 있다. 따라서 해왕성이 태양을 공전하면서 트리톤의 극지방은 번갈아 가며 태양을 향하게 되고, 이에 따라 계절 변화가 발생한다. 이러한 변화는 2010년에 관측되었다.[164]

트리톤의 해왕성 공전 궤도는 궤도 이심률이 거의 0에 가까운 완벽한 원이다. 조석에 의한 점탄성 감쇠만으로는 트리톤의 궤도를 원형으로 만들 수 없다고 여겨지며, 순행 궤도를 가진 잔해 원반으로부터의 항력이 중요한 역할을 했을 것으로 보인다.[154][155] 조석 감속으로 인해 트리톤은 점차 해왕성에 가까워지고 있으며, 36억 년 후에는 해왕성의 로슈 한계를 넘어 해왕성의 기조력에 의해 파괴되어 토성과 같은 고리를 형성할 것으로 예측된다.[165]

4. 포획

트리톤은 해왕성과 반대 방향으로 공전하는 역행 위성이기 때문에, 해왕성과 같은 장소에서 만들어진 것이 아니라 외부에서 포획되었다고 추정된다. 과학자들은 트리톤이 태양계 외곽의 카이퍼 벨트에서 왔을 것으로 보고 있다.[45]

트리톤의 포획은 네레이드가 매우 찌그러진 궤도를 가지고 있는 점이나, 해왕성에 다른 목성형 행성에 비해 위성이 적은 이유를 설명해준다. 포획된 트리톤이 다른 위성들의 궤도를 불안정하게 만들었을 가능성이 있다.[38][39] 또한, 포획 직후 트리톤은 궤도가 찌그러져 있었기 때문에 조석력으로 내부가 가열되어 수십억 년 동안 액체 상태를 유지했을 것으로 보인다.

트리톤이 어떻게 해왕성에 포획되었는지에 대해서는 두 가지 가설이 제시되었다. 과거에는 트리톤이 해왕성 주변을 지나가던 다른 천체와 충돌하여 속도가 느려져 포획되었다는 가설이 유력했다.[41] 최근에는 트리톤이 원래 쌍성의 일부였으며, 해왕성과 상호작용하면서 쌍성 중 하나는 튕겨 나가고 트리톤이 포획되었다는 가설이 제시되었다.[45] 2017년 연구에서는 트리톤이 포획된 후 다른 위성과 충돌했을 가능성도 제기되었다.[6][7]

4. 1. 카이퍼 벨트 기원설

역행 위성은 모행성과 같은 지역에서 자체적으로 형성될 수 없으므로, 다른 곳에서 포획되었을 가능성이 크다. 역행 위성인 트리톤도 해왕성 궤도 안쪽에서부터 태양으로부터 50 천문단위 거리까지 펼쳐져 있는 작은 천체들의 고리인 카이퍼 대에서 포획된 것으로 추정된다.[150] 이 지역은 대부분의 혜성의 기원으로 생각되며 명왕성을 포함한 행성체들의 고향이기도 하다. 트리톤은 명왕성보다 약간 크고, 조성은 거의 일치하므로 둘은 동일한 기원을 가졌으리라는 추측이 가능하다.[166]

트리톤이 유래했으리라고 생각되는 태양계 외곽의 카이퍼 벨트 (녹색)


포획 가설은 네레이드가 극단적인 이심궤도를 돌고 있는 점이나 해왕성계에 다른 목성형 행성계보다 유독 위성들이 적은 이유를 설명해 준다. 트리톤이 포획되면서 이심궤도를 도는 트리톤이 그 중력으로 다른 작은 위성들의 궤도를 흐트러뜨려 놓았을 것이다.[154][155] 또한 트리톤은 포획 직후의 이심 궤도로 인한 조석력으로 내부가 가열되어 수십억 년 동안 액체 상태를 유지했을 것이다. 내부 구조가 층을 이루고 있는 것이 이를 증명한다. 궤도가 원형이 됨에 따라 내부는 더 이상 가열되지 않게 되었다.

지나가던 천체가 행성의 중력에 포획되려면, 행성 중력권에서 탈출하지 못할 정도로 에너지를 잃어 속력이 느려져야 한다. 이 과정에 대해서는 2가지 메커니즘이 제시되었다. 초창기 이론에서는 트리톤이 해왕성 주변을 지나가던 다른 천체나, 해왕성 주변을 돌던 위성이나 초기 위성 등의 물체와 충돌해서 속력이 감소했다고 보았다.[151] 지나가던 다른 천체보다는 해왕성 위성과의 충돌 쪽이 상대적으로 가능성이 높다. 좀더 최신 이론에서는, 트리톤이 명왕성의 위성인 카론 같은 동반성을 하나 데리고 쌍성체를 형성하고 있었고, 이 쌍성체가 해왕성 부근을 통과하던 도중 중력 상호작용으로 에너지가 트리톤으로부터 그 동반성으로 전달되어서 동반성은 튕겨나가고 트리톤은 해왕성에 포획되었다는 가설을 제시했다. 이 가설은 카이퍼 벨트에서 쌍성체가 꽤 흔하다는 점에서 근거가 있다.[167][168]

4. 2. 포획 메커니즘

역행 위성은 모행성과 같은 지역에서 자체적으로 형성될 수 없으므로, 트리톤은 다른 곳에서 포획되었을 가능성이 크다. 천문학자들은 트리톤이 해왕성 궤도 안쪽에서부터 태양으로부터 50 천문단위 거리까지 펼쳐져 있는 작은 천체들의 고리인 카이퍼 벨트에서 포획된 것으로 추정한다.[150] 이 지역은 대부분의 혜성의 기원으로 생각되며 명왕성을 포함한 행성체들의 고향이기도 하다. 트리톤은 명왕성보다 약간 크고, 조성은 거의 일치하므로 둘은 동일한 기원을 가졌으리라는 추측이 가능하다.[166]

포획 가설은 네레이드가 극단적인 이심률 궤도를 돌고 있는 점이나 해왕성계에 다른 목성형 행성계보다 유독 위성들이 적은 이유를 설명해 준다. 트리톤이 포획되면서 이심궤도를 도는 트리톤이 그 중력으로 다른 작은 위성들의 궤도를 흐트러뜨려 놓았을 것이다.[154][155] 또한 트리톤은 포획 직후의 이심 궤도로 인한 조석력으로 내부가 가열되어 수십억 년 동안 액체 상태를 유지했을 것이다. 내부 구조가 층을 이루고 있는 것이 이를 증명한다. 궤도가 원형이 됨에 따라 내부는 더 이상 가열되지 않게 되었다.[93]

지나가던 천체가 행성의 중력에 포획되려면, 행성 중력권에서 탈출하지 못할 정도로 에너지를 잃어 속력이 느려져야 한다. 이 과정에 대해서는 2가지 메커니즘이 제시되었다. 초창기 이론에서는 트리톤이 해왕성 주변을 지나가던 다른 천체나, 해왕성 주변을 돌던 위성이나 초기 위성 등의 물체와 충돌해서 속력이 감소했다고 보았다.[151] 지나가던 다른 천체보다는 해왕성 위성과의 충돌 쪽이 상대적으로 가능성이 높다. 좀더 최신 이론에서는, 트리톤이 명왕성의 위성인 카론 같은 동반성을 하나 데리고 쌍성체를 형성하고 있었고, 이 쌍성체가 해왕성 부근을 통과하던 도중 중력 상호작용으로 에너지가 트리톤으로부터 그 동반성으로 전달되어서 동반성은 튕겨나가고 트리톤은 해왕성에 포획되었다는 가설을 제시했다. 이 가설은 카이퍼 벨트에서 쌍성체가 꽤 흔하다는 점에서 근거가 있다.[167][168]

5. 물리적 특성

트리톤은 태양계에서 7번째로 큰 위성이며 행성을 포함하면 16번째로 큰 천체이다. 왜행성인 명왕성이나 에리스보다도 약간 크다. 트리톤은 해왕성 궤도 내 질량의 99.5% 이상을 차지하며,[147] 해왕성의 고리와 다른 15개의 위성을 모두 합친 것보다 크다. 태양계의 알려진 위성들 중 트리톤보다 작으면서 무거운 위성은 없다.[148] 트리톤의 밀도는 2.061g/cm3이고 온도와 화학적 조성은 명왕성과 비슷하다. 표면적은 2,300만km2으로, 지구 표면적의 4.5%, 지구 육지 면적의 15.5%에 해당한다.

트리톤(왼쪽 아래), 달(왼쪽 위), 지구(오른쪽) 크기 비교


트리톤과 다른 해왕성 위성들의 질량 비교. 다른 위성들은 전체 질량의 0.3% 정도이다.


트리톤의 서쪽 반구는 "칸탈루프 지대"라고 불리는 기묘한 균열과 움푹 꺼진 지형으로 이루어져 있다. 충돌구는 거의 없지만 트리톤에서 가장 오래된 지역으로 생각된다.[191] 이 지대는 트리톤 서쪽 대부분을 덮고 있으며,[151] 트리톤에만 존재하는 것으로 알려져 있다. 이 지역에는 직경 30km~40km의 움푹 꺼진 곳들이 있는데, 대부분 크기가 유사하고 부드러운 곡선을 그리므로 충돌구는 아닌 것으로 생각된다.[191] 비중이 작은 물질 덩어리들이 무거운 물질층 사이에서 솟아올라 돔 모양 구조를 이룬다는 가설이 유력하며,[151][192] 균열이나 화산 분출에 의한 홍수로 일어났다는 가설도 있다.[191]

5. 1. 구성 성분

트리톤은 태양계에서 7번째로 큰 위성이며, 왜행성인 명왕성이나 에리스보다도 약간 크다. 트리톤은 해왕성 궤도 내 질량의 99.5% 이상을 차지하고 있으며,[147] 이는 해왕성의 고리와 다른 15개의 위성들을 모두 합친 것보다 큰 수치이다. 태양계의 알려진 위성들 중 트리톤보다 작으면서 무거운 위성은 없다.[148] 트리톤의 밀도는 2.061g/cm3이며, 온도와 화학적 조성은 명왕성과 비슷하다.

트리톤 표면의 55%는 얼어붙은 질소이고, 물 얼음이 15~35%, 드라이아이스(이산화탄소)가 10~20%를 차지한다. 또한, 0.1%의 메탄과 0.05%의 일산화탄소도 포함되어 있다. 암석권에는 암모니아 수화물이 존재할 수 있을 것으로 보인다.[169] 밀도를 바탕으로 추정했을 때, 트리톤 구성 성분의 30~45%는 얼음이고 나머지는 암석 물질일 것으로 보인다. 표면적은 2,300만km2으로, 이는 지구 표면적의 4.5%, 지구 육지 면적의 15.5%에 해당한다. 트리톤은 알베도가 상당히 높아 태양빛의 60~95%를 반사하는데, 이는 오직 11%만을 반사하는 달과 비교하면 매우 높은 수치이다. 트리톤의 붉은색은 메탄 얼음이 자외선에 노출되어 톨린으로 변환된 결과로 여겨진다.[151][171]

트리톤의 표면은 오랫동안 녹아있던 역사를 보여주므로, 내부는 지구처럼 고체 상태의 핵과 맨틀 및 지각 등으로 구분되어 있는 것으로 여겨진다. 물이 맨틀을 차지하고 핵은 금속과 암석으로 구성되어 있다. 트리톤의 내부에는 맨틀 순환을 촉진하기 위한 방사성 붕괴가 일어나기에 충분한 암석이 존재하며, 이 열은 지하에 바다가 존재한다고 생각되는 유로파에서처럼, 지하에서 바다를 유지하기에도 충분할 수 있다.[151][172] 만약 액체 상태로 존재하는 물의 층이 존재한다면, 어쩌면 생명체가 존재할 가능성도 있다.[173]

5. 2. 내부 구조

트리톤은 지구처럼 고체 상태의 핵, 맨틀, 지각으로 분화되어 있는 것으로 여겨진다. 물은 태양계에서 가장 흔한 액체로 트리톤의 맨틀을 구성하고 있으며, 핵은 암석과 금속으로 이루어져 있다. 트리톤 내부에는 방사성 붕괴가 일어나 맨틀 순환을 촉진하기에 충분한 암석이 존재한다. 이러한 열은 유로파처럼 지하 바다를 유지하는 데 충분할 수 있다.[151][172] 만약 액체 상태의 물 층이 존재한다면 생명체가 존재할 가능성도 있다.[173]

5. 3. 알베도와 색

트리톤은 태양계에서 7번째로 큰 위성이며, 왜행성인 명왕성이나 에리스보다도 약간 크다. 트리톤 표면의 55%는 얼어붙은 질소, 15~35%는 물 얼음, 10~20%는 드라이아이스로 구성되어 있다. 또한 0.1%의 메탄과 0.05%의 일산화탄소도 포함되어 있으며, 암석권에는 암모니아 수화물이 존재할 가능성도 있다.[169]

트리톤은 알베도가 매우 높아 태양빛의 60~95%를 반사하는데, 이는 달이 11%만을 반사하는 것에 비해 매우 높은 수치이다. 트리톤의 붉은색은 메탄 얼음이 자외선에 노출되어 톨린으로 변환된 결과로 추정된다.[151][171]

6. 대기

트리톤은 엷은 질소 대기를 가지고 있으며, 표면 근처에는 약간의 일산화탄소와 메탄이 존재한다. 트리톤의 대기는 명왕성의 대기와 비슷한데, 트리톤 표면의 질소가 증발하여 형성된 것으로 추정된다.[151] 표면 기압은 1.4~1.9Pa (0.014–0.019mbar)에 불과하다.[151]

표면 폭풍으로 인해 8km 두께의 대류권이 존재하며, 대류권의 대기는 계절풍에 의해 마이크로미터 이하 크기의 물질을 운반할 수 있다.[176] 8km~950km 사이에는 열권이 존재하며, 그 바깥은 외기권이다.[151] 상층 대기의 온도는 약 95K로, 태양 복사열과 해왕성의 자기장에 의해 가열되기 때문이다.[156][178] 대류권에는 탄화수소와 질소 유기화합물로 이루어진 안개가 있으며, 1–3km 고도에는 압축된 질소 가스 구름이 있다.[151]

1997년 지구에서 트리톤이 별 앞을 지나는 현상(엄폐)을 관측한 결과, 대기 밀도가 보이저 2호의 관측 자료보다 짙은 것으로 나타났다.[177] 1989년부터 1998년 사이에는 온도가 5% 상승했는데,[179] 이는 트리톤이 수백 년마다 찾아오는 따뜻한 여름을 맞이하고 있기 때문으로 보인다. 이러한 온난화는 표면 결빙 패턴 변화로 인한 반사율 변화, 또는 지질학적 작용에 의한 검붉은 물질 퇴적 때문이라는 이론이 있다.[180][181]

6. 1. 대기의 조성과 온도

트리톤은 표면 근처에 약간의 일산화탄소와 메탄을 포함한 엷은 질소 대기를 가지고 있다. 명왕성의 대기와 비슷한데, 트리톤의 대기는 트리톤 표면의 질소들이 증발해서 만들어진 것으로 생각된다. 표면 온도는 최소한 3.56만°C일 것으로 추정하는데, 이는 질소 얼음이 따뜻한 육각형 결정 상태에 있으며, 육각형과 정육면체 결정 간의 상태 전이가 해당 온도에서 일어나기 때문이다.[174] 대기의 질소 가스와 수증기의 압력 평형 상태에 의해 온도는 40K 이상으로 올라가지 않으며,[175] 이 온도 범위는 명왕성의 평균 평형 온도인 4.4만°C보다 낮다. 트리톤의 표면 기압은 1.4Pa밖에 되지 않는다.[151]

1997년에 천체들 간의 식을 이용하여 트리톤 외곽을 지구에서 관측했는데, 그 결과에 따르면 대기의 밀도가 보이저 2호의 데이터에서 추론된 것보다 짙은 것으로 보인다.[177] 또 다른 관측에 의하면 1989년에서 1998년 사이에 온도가 5%가량 상승한 것으로 나타났다.[179] 이에 따르면 트리톤은 수백 년마다 찾아오는 유달리 따뜻한 여름을 맞이하고 있는 것 같다. 이러한 온난화에 대해, 트리톤 표면의 결빙 패턴이 바뀌면서 표면 반사율이 변화하면서 더 많은 열을 흡수하고 있다는 이론이 있다.[180] 또 다른 이론에서는 지질학적 작용에 의한 검붉은 물질들의 퇴적으로 인한 것이라고 주장하기도 한다. 트리톤의 본드 알베도는 태양계에서 가장 높은 수준이기 때문에, 스펙트럼 반사율의 작은 변화에도 민감하다.[181]

6. 2. 기상 현상

트리톤은 표면 근처에 약간의 일산화탄소와 메탄을 포함한 엷은 질소 대기를 가지고 있다. 명왕성의 대기와도 비슷한데, 트리톤의 대기는 트리톤 표면의 질소들이 증발해서 만들어진 것으로 생각된다. 표면 온도는 최소한 3.56만°C일 것으로 추정하는데, 이는 질소 얼음이 따뜻한 육각 결정 상태에 있으며, 육각-정육면체 결정 간의 상태 전이가 해당 온도에서 일어나기 때문이다.[174] 대기의 질소 가스와 수증기의 압력 평형 상태에 의해 온도는 40 캘빈 이상으로 올라가지 않고,[175] 이 온도 범위는 명왕성의 평균 평형 온도인 4.4만°C보다 낮다. 트리톤의 표면 기압은 1.4Pa 밖에 되지 않는다.[151]

보이저 2호가 관측한 트리톤의 고도 위 구름


표면의 폭풍으로 인해 8 km 두께의 대류권(기상현상이 일어나는 대기 권역)이 존재한다. 간헐천 분출에 의한 트리톤 표면의 줄무늬를 볼 때, 대류권의 대기는 계절풍에 의해서 마이크로미터 이하 크기의 물질들을 운반할 수 있는 것으로 여겨진다.[176] 성층권은 없고 대신 8 km-950 km 사이에 열권이 존재하며, 그 밖은 외기권, 즉 우주이다.[151] 상층 대기의 온도는 표면보다 높은 약 95K 정도로 이는 태양 복사열과 해왕성의 자기장에 의해 가열되기 때문이다.[156][178] 대류권에는 안개가 자욱한데, 대부분 태양빛을 받은 메탄의 작용에 의한 탄화수소와 질소 유기화합물로 이루어졌으리라 생각된다. 또한 1–3 km 고도는 압축된 질소 가스의 구름이 차지하고 있다.[151]

1997년에 천체들간의 식을 이용해서 트리톤 외곽을 지구에서 관측했는데, 그 결과에 따르면, 대기의 밀도가 보이저 2호의 데이터에서 추론된 것보다는 짙은 것으로 보인다.[177] 또 다른 관측에 의하면 1989년에서 1998년 사이에 온도가 5%가량 상승한 것으로 나타났다.[179] 이에 따르면 트리톤은 수백 년마다 찾아오는 유달리 따뜻한 여름을 맞이하고 있는 것 같다. 이러한 온난화에 대해, 트리톤 표면의 결빙 패턴이 바뀌면서 표면 반사율이 변화하면서 더 많은 열을 흡수하고 있다는 이론이 있다.[180] 또 다른 이론에서는 지질학적 작용에 의한 검붉은 물질들의 퇴적으로 인한 것이라고 주장하기도 한다. 트리톤의 산란에 의한 반사율은 태양계에서 가장 높은 수준이기 때문에, 스펙트럼 반사율의 작은 변화에도 민감하다.[181]

6. 3. 대기압 변화

트리톤은 표면 근처에 약간의 일산화탄소와 메탄을 포함한 엷은 질소 대기를 가지고 있다. 명왕성의 대기와 비슷하게, 트리톤의 대기는 트리톤 표면의 질소들이 증발해서 만들어진 것으로 생각된다. 표면 온도는 최소한 3.56만°C일 것으로 추정하는데, 이는 질소 얼음이 따뜻한 육각 결정 상태에 있으며, 육각-정육면체 결정 간의 상태 전이가 해당 온도에서 일어나기 때문이다. 대기의 질소 가스와 수증기의 압력 평형 상태에 의해 온도는 40K 이상으로 올라가지 않으며, 이 온도 범위는 명왕성의 평균 평형 온도인 4.4만°C보다 낮다. 트리톤의 표면 기압은 약 1.4Pa에 불과하다.

1997년에 천체들 간의 식을 이용하여 트리톤 외곽을 지구에서 관측했는데, 그 결과 대기의 밀도가 보이저 2호의 데이터에서 추론된 것보다 짙은 것으로 나타났다. 또 다른 관측에 의하면 1989년에서 1998년 사이에 온도가 5%가량 상승한 것으로 나타났다. 이에 따르면 트리톤은 수백 년마다 찾아오는 유달리 따뜻한 여름을 맞이하고 있는 것 같다. 이러한 온난화에 대해, 트리톤 표면의 결빙 패턴이 바뀌면서 표면 반사율이 변화하여 더 많은 열을 흡수하고 있다는 이론이 있다. 또 다른 이론에서는 지질학적 작용에 의한 검붉은 물질들의 퇴적으로 인한 것이라고 주장하기도 한다. 트리톤의 본드 알베도는 태양계에서 가장 높은 수준이기 때문에, 스펙트럼 반사율의 작은 변화에도 민감하다. 1989년과 1997년 사이에 대기압이 증가한 것을 바탕으로 2010년까지 트리톤의 대기압이 최대 4Pa까지 증가했을 것으로 추정되나, 2017년까지 트리톤의 표면 대기압은 보이저 2호 수준으로 거의 돌아왔다. 1989년과 2017년 사이에 대기압이 급증한 원인은 아직 밝혀지지 않았다.

7. 표면의 특성

트리톤의 표면에 대한 자세한 정보는 1989년 보이저 2호의 탐사를 통해 얻어졌다. 보이저 2호는 트리톤 표면의 40%를 촬영했으며, 고르지 못한 지층, 산등성이, 골짜기, 분지, 얼음 평원, 충돌구 등이 관찰되었다. 표면은 비교적 평평하여 관측된 지형의 높낮이 차이는 1km를 넘지 않는다.[151] 충돌구 밀도가 낮아 지질학적으로 표면이 매우 젊으며, 대략 5천만 년에서 6천만 년 정도로 추정된다.[182]

트리톤 표면의 55%는 얼어붙은 질소로 덮여 있고, 물 얼음이 15~35%, 얼어붙은 이산화탄소가 10~20%를 차지한다.[16] 표면에는 톨린이라 불리는 어둡고 타르 같은 유기 화합물 퇴적물도 존재한다.[17]

7. 1. 얼음 화산

트리톤은 지질학적으로 활성화되어 있으며, 표면은 젊고 충돌구가 거의 없다. 트리톤은 다양한 종류의 얼음으로 구성되어 있지만, 지하에서는 지구와 비슷한 과정으로 용암 대신 물과 암모니아를 통해 화산과 단층이 생성된다.[151] 전체 표면은 복잡한 계곡과 골짜기로 뒤덮여 있는데, 이는 지질 작용 및 얼음 화산에 의한 것으로 추정된다. 표면 대부분은 내인성, 즉 외부 작용보다는 내부 작용에 의한 것이다. 대부분 지질 작용보다는 화산 분출에 의한 것이다.[151]

1989년 보이저 2호 탐사선은 트리톤 표면에서 질소를 분출하는 소수의 간헐천과, 그에 수반되는 표면에서 8 km 높이에 이르는 먼지 기둥을 관측했다.[170][183] 따라서 트리톤은 지구, 이오, 엔셀라두스와 함께 어떤 종류의 활발한 분출 활동이 관측된 태양계 내에서도 몇 안 되는 천체 중 하나로 여겨진다.[184] 가장 잘 관측된 연기 기둥은 힐리(Hili)와 마힐라니(Mahilani)로 명명되어 있는데, 각각 Tikoloshe|줄루 신화의 물의 요정zu와 통가에 전해지는 물의 요정의 이름을 따서 지어졌다.[185]

관측된 모든 간헐천은 트리톤의 태양 직하점에 가까운 남위 50도에서 57도 사이 영역에 존재한다. 이는 트리톤이 태양에서 멀리 떨어져 있기 때문에, 매우 미약하지만 태양으로부터의 열이 매우 중요하다는 것을 보여준다. 트리톤의 표면은 아마도 어두운 기질 위에 반투명한 얼어붙은 질소층으로 이루어져 있으며, 일종의 "고체 온실 효과"를 만들어내는 것으로 생각된다. 태양 복사는 표면의 얇은 빙상을 통과하여, 지표면에서 분출될 만큼 충분한 기체 압력이 축적될 때까지 지표면 아래의 질소를 서서히 가열하여 증발시킨다.[151][176] 주변 표면 온도 37K보다 4K 더 높은 온도는 관측된 높이의 분출을 일으킬 수 있다고 여겨진다.[183] 일반적으로 이러한 지질 활동은 빙화산이라고 불리지만, 이 질소 플룸 활동은 천체 내부 열에 의해 구동되는 트리톤의 대규모 빙화산 분출이나 다른 천체의 화산 활동과는 다르다. 이와 유사하게 화성의 이산화탄소 간헐천은 봄이 될 때마다 분출한다고 생각된다.[186]

트리톤 간헐천의 분출 기간은 최대 1년이며, 그동안 약 1억 km3의 질소 얼음이 승화한다. 함께 분출되는 먼지는 육안으로 보이는 줄무늬 형태로 바람이 부는 쪽으로 150km 길이까지 퇴적될 수 있으며, 더 확산된 퇴적물은 더 멀리까지 퇴적될 수 있다.[183] 보이저 2호가 촬영한 남반구 이미지에서는 이러한 어두운 색 줄무늬가 많이 보인다.[187] 1977년부터 보이저 2호가 접근한 1989년까지 트리톤은 명왕성과 비슷한 붉은색에서 훨씬 밝은 색조로 변했는데, 이는 가벼운 질소 서리가 더 오래된 붉은색 물질을 덮었음을 시사한다.[151] 트리톤 적도에서 휘발성 물질이 분출하고 극지방에 퇴적되는 현상은 1만 년에 걸쳐 극이동을 일으킬 만큼 충분한 질량 재분배를 유발할 수 있다.[188]

7. 2. 평원과 계곡

트리톤의 표면에는 계곡과 골짜기가 광범위하고 복잡한 패턴으로 펼쳐져 있는데, 이는 표면이 얼고 녹는 것을 반복해온 결과로 보인다.[189] 지각 변동도 활발하며 이로 인해 지각의 신장이나 수평 이동 단층 등이 유발된다.[190]

가운데에 골이 있는 긴 얼음 산등성이가 두 개 존재하는데, 이들은 유로파의 것과 매우 닮았지만 좀 더 크다.[157] 이들은 기원이 같을 것이라 생각된다.[151] 이들은 트리톤의 궤도가 완전히 원형이 되기 전에 받은 기조력에 의해서 전단 가열로 표면이 변형되어서 발생했을 것으로 추정된다.[157]

내부에서 배출된 평행한 능선을 가진 이러한 단층들은 적도 지역의 계곡이 있는 복잡한 지형을 가로지른다. 야스 술치(Yasu Sulci), 호 술치(Ho Sulci), 로 술치(Lo Sulci)[82]와 같은 능선과 고랑, 또는 ''술치''는 트리톤의 지질학적 역사에서 중간 시대의 것으로 간주되며, 많은 경우 동시에 형성된 것으로 생각된다. 이들은 일반적으로 그룹 또는 "패킷"으로 밀집되어 있다.[81]

7. 3. 칸탈루프 지대

트리톤의 서반구는 칸탈로프 멜론 껍질과 비슷하게 생긴 특이한 균열과 함몰 지형으로 덮여 있는데, 이 때문에 "칸탈로프 지대"라는 이름이 붙었다. 이 지형에는 충돌구가 거의 없지만, 트리톤에서 가장 오래된 지형으로 여겨진다.[83] 칸탈로프 지대는 주로 오염된 물 얼음으로 구성되어 있으며, 트리톤에서만 발견된다. 지름 30~40km의 함몰 지대가 존재하는데,[83] 이 함몰 지대는 크기가 비슷하고 곡선이 부드러워 충돌 크레이터는 아닐 가능성이 높다. 이 지형이 형성된 원인에 대해서는, 밀도가 낮은 물질 덩어리가 밀도가 높은 물질층을 뚫고 올라오는 다이아피리즘 현상 때문이라는 가설이 유력하다.[41][84] 다른 가설로는 붕괴나 빙화산 활동에 의한 홍수로 인해 형성되었다는 설도 있다.[83]

보이저 2호가 130,000km 거리에서 촬영한 칸탈로프 지대. 유로파와 유사하게 표면을 가로지르는 굴곡들이 존재한다. Slidr Sulci (세로)와 Tano Sulci가 양각의 "X" 모양을 형성하고 있다.

7. 4. 충돌구

트리톤 표면의 충돌구는 지속적인 지질 활동으로 인해 비교적 드물다. 보이저 2호가 촬영한 트리톤의 충돌구를 조사한 결과, 확실하게 충돌로 인해 생성된 것으로 확인된 것은 179개에 불과했다. 이는 표면적이 트리톤의 3%에 불과한 천왕성의 위성 미란다에서 관측된 835개와 비교된다.[85] 트리톤에서 관측된 가장 큰 충돌구는 마좀바로, 지름이 약 27km이다.[85][86] 더 큰 충돌구도 관측되었지만, 일반적으로 화산 활동에 의해 생성된 것으로 생각된다.[85]

트리톤의 소수 충돌구는 거의 대부분 궤도 운동 방향을 향하는 선행 반구에 집중되어 있으며, 대부분 경도 30°~70° 사이의 적도 부근에 집중되어 있다.[85] 이는 해왕성 주위 궤도에서 휩쓸려 온 물질 때문으로 보인다.[75] 트리톤은 한쪽 면이 항상 행성을 향하도록 공전하기 때문에, 천문학자들은 선행 반구에 더 빈번하고 강력한 충돌이 발생하고 후행 반구에는 충돌이 더 적을 것으로 예상한다.[85] 보이저 2호는 트리톤 표면의 40%만 촬영했기 때문에 이는 여전히 불확실하다. 그러나 관측된 충돌구의 비대칭성은 충돌체 개체수를 기반으로 설명할 수 있는 것보다 크며, 충돌구가 없는 지역(≤ 6백만 년)보다 충돌구가 있는 지역(≤ 5천만 년)의 표면 연령이 더 젊음을 시사한다.[1]

8. 탐사

트리톤의 궤도 특성은 19세기에 높은 정확도로 밝혀졌다. 당시 트리톤이 역행 궤도를 돌고 있으며 궤도면이 해왕성 궤도면과 높은 각으로 기울어져 있다는 것이 밝혀졌다. 트리톤에 대한 최초의 정밀 관측은 1930년에 이루어졌으며, 20세기 후반 보이저 2호가 이 위성에 접근하면서 더 많은 사실이 밝혀졌다.[151]

제러드 카이퍼는 1945년에 트리톤의 직경을 3,800km로 추정했다. 이후 측정값들은 2,500km에서 6,000km 사이로, 달보다 약간 작거나 최대 지구의 절반 정도 크기로 추정되었다.[197] 1989년 8월 25일 보이저 2호가 접근한 후 전송된 자료에 따르면 트리톤의 직경은 약 2,706km이다.[198]

1990년대에는 다른 천체와의 식을 이용하여 트리톤의 윤곽에 대한 다양한 관측이 이루어졌고, 이를 통해 특이한 표면과 대기가 존재한다는 것이 밝혀졌다. 관측 결과, 대기는 보이저 2호가 측정한 것보다 더 짙을 것으로 추정된다.[177]

2008년 10월 16일, 뉴 호라이즌스 탐사선이 약 37억 5,000만 km 떨어진 위치에서 해왕성과 트리톤의 영상을 촬영했다.[142]

2017년 10월 5일, 트리톤에 의한 항성 UCAC4 410-143659의 엄폐가 발생했다.[146]

8. 1. 보이저 2호

트리톤의 궤도 특성은 19세기에 이미 매우 정확하게 밝혀졌는데, 해왕성의 궤도면에 대해 매우 기울어져 있으며, 역행 궤도를 가진다는 것이었다. 1930년까지 트리톤에 대한 자세한 관측은 이루어지지 않았고, 1989년 보이저 2호가 근접 비행할 때까지 트리톤에 대해서는 거의 알려져 있지 않았다.[41]

보이저 2호가 근접 비행하기 전, 천문학자들은 트리톤에 액체 질소 바다와 지구 대기 밀도의 30%에 달하는 질소와 메탄으로 구성된 대기가 존재할지도 모른다고 생각했다. 그러나 화성의 대기 밀도가 과대평가되었던 것과 마찬가지로, 이것은 옳지 않다는 것이 판명되었다. 화성과 마찬가지로, 초기에는 더 짙은 대기가 존재했을 것으로 예상된다.[87]

제러드 카이퍼는 1954년에 트리톤의 지름을 측정하려는 최초의 시도를 통해 3,800km라는 값을 얻었다. 그 후 이루어진 측정에 따른 트리톤의 추정 지름은 2,500km에서 6,000km 사이로 다양했는데, 이는 달보다 약간 작은 크기부터 지구 지름의 약 절반 크기에 이를 정도였다.[88] 1989년 8월 25일 보이저 2호가 해왕성에 접근했을 때의 데이터를 통해 트리톤의 정확한 지름은 2,706km로 추정되었다.[89]

1990년대에는 근거리 별의 엄폐를 이용하여 지구에서 트리톤의 가장자리를 조사하는 다양한 관측이 이루어졌고, 트리톤에 대기와 특이한 표면이 존재한다는 것이 밝혀졌다. 1997년 후반의 관측에서는 트리톤의 온도가 상승하고 있으며, 보이저 2호가 1989년에 접근했을 때보다 대기의 밀도가 현저하게 커지고 있다는 것이 시사되었다.[71]

8. 2. 향후 탐사 계획

NASA는 2010년대에 해왕성계 탐사 계획을 여러 번 제시했지만, 현재 해왕성계와 트리톤에 관한 계획 중 제안 단계를 넘어선 것은 없다. NASA는 현재 주로 목성계와 토성계에 초점을 맞추고 있다.[199] 이 계획들은 타이탄 탐사에 사용된 호이겐스 탐사선과 비슷한 별도의 트리톤 착륙선을 포함하는 경우가 많았다.[90]

트리톤 착륙선 임무인 "트리톤 호퍼"는 트리톤 표면에서 질소 얼음을 채굴하여 소형 로켓의 추진제로 사용, 표면을 가로질러 비행하거나 '점프'할 수 있도록 하는 것을 목표로 한다.[22][23] 2019년 NASA의 발견 프로그램의 일환으로 또 다른 근접 비행 임무 개념인 "트라이던트"가 제안되었다.[24]

NASA가 제안한 트라이던트 탐사 임무 연구 내용을 보여주는 그림


해왕성 오디세이는 트리톤을 중심으로 한 해왕성 궤도선 임무 개념으로, 2021년 4월부터 NASA의 대형 전략 과학 임무로 연구가 시작되어 2033년에 발사, 2049년에 해왕성계에 도착할 예정이다.[25] 이후 뉴 프런티어스 프로그램을 위해 두 개의 저비용 임무 개념이 개발되었다. 첫 번째는 2031년에 발사되어 2047년에 도착하는 "트리톤 해양 세계 탐사선"이며,[26] 두 번째는 2042년 8월에 발사되어 2057년 4월에 도착하는 "노틸러스"이다.[27][28]

참조

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[148] 문서 다른 구형 위성들의 질량은 티타니아—3.5e21, 오베론-3.0e21, 레아—2.3e21, 이아페투스—1.8e21, 카론—1.5e21, 아리엘—1.3e21, 움브리엘—1.2e21, 디오네—1.0e21, 테티스—0.6e21, 엔셀라두스—0.12e21, 미란다—0.06e21, 프로테우스—0.05e21, 미마스—0.04e21. 나머지 위성들의 총 질량은 약 0.09e21이다. 즉, 트리톤보다 작은 위성들의 총 질량은 약 1.65e22이다.
[149] 문서 가장 큰 불규칙 위성들에는 토성계의 포에베 (213 km), 천왕성계의 시코락스 (186 km) 및 목성의 히말리아 (139.6 km) 등이 있다.
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