해왕성의 위성
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1. 개요
해왕성의 위성은 14개로, 1846년 윌리엄 라셀이 발견한 트리톤을 시작으로 2024년까지 발견되었다. 위성들은 규칙 위성과 불규칙 위성으로 분류되며, 규칙 위성은 해왕성의 적도면을 따라 공전하고, 불규칙 위성은 궤도 경사각이 크고 불규칙한 궤도를 갖는다. 트리톤은 해왕성 위성 중 가장 크며, 역행 공전을 하고 질소 대기를 가지고 있다. 해왕성 위성들의 명칭은 그리스 신화의 바다 관련 인물들에서 유래되었다.
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| 해왕성의 위성 | |
|---|---|
| 해왕성 위성 | |
 | |
| 식별 | |
| 발견 | 1846년 ~ 현재 |
| 총 위성 수 | 16개 |
| 고리 | |
| 해왕성 고리 | 5개 |
| 가장 큰 위성 | |
| 이름 | 트리톤 |
| 질량 | 2.14×10^22 kg |
| 질량 비율 | 99.5% |
| 목록 | |
| 위성 목록 | 나이아드 탈라사 데스피나 갈라테아 라리사 히포캄프 프로테우스 트리톤 네레이드 할리메데 사오 라오메데이아 프사마테 네소 S/2021 N 1 S/2002 N 5 |
2. 역사
윌리엄 라셀은 1846년 해왕성이 발견된 지 17일 만에 트리톤을 발견했다.[84] 1949년에는 제러드 카이퍼가 네레이드를 발견했다.[83] 이후 1981년 5월 24일 해롤드 리세마, 윌리엄 허바드, 래리 레봅스키, 데이빗 톨렌이 세 번째 위성인 라리사를 발견했다.[64]
1989년 보이저 2호는 해왕성 옆을 지나가면서 라리사를 재발견했고, 나이아드, 탈라사, 데스피나, 갈라테아, 프로테우스 등 5개의 내위성을 새로 발견했다.[65] 2001년에는 대형 지상 망원경을 이용한 연구로 할리메데, 사오, 프사마테, 라오메데이아, 네소 등 5개의 외위성이 추가로 발견되어 해왕성의 위성은 총 13개가 되었다.[80]
2013년 7월 1일 마크 쇼월터는 허블 우주망원경의 사진을 검토하던 중 히포캠프를 발견했다.[45][46][47] 2021년에는 스콧 S. 셰퍼드와 동료들이 스바루 망원경을 사용하여 2개의 불규칙 위성을 더 발견했으며, 이는 2024년에 발표되었다.[43]
트리톤은 20세기 전까지 공식적인 이름이 없었다. '트리톤'은 1880년 카미유 플라마리옹이 제안했지만,[50] 1930년대까지는 널리 사용되지 않았다.[51] 해왕성의 다른 위성들에는 해왕성이 바다의 신이라는 점에 맞춰 그리스 및 로마 신화의 수신(水神)들 이름이 붙었다.[81]
2. 1. 발견
윌리엄 라셀은 1846년 해왕성을 발견한 뒤 17일 만에 트리톤을 발견했다.[84] 제러드 카이퍼는 1949년 네레이드를 발견했다.[83] 1981년 5월 24일 해롤드 리세마, 윌리엄 허바드, 래리 레봅스키, 데이빗 톨렌은 해왕성의 세 번째 위성(나중에 라리사로 명명됨)을 발견했다. 리세마 연구진은 4년 전 천왕성 주위에서 발견된 것과 유사한 고리 구조들을 찾아내기 위해 항성 하나가 해왕성에 접근하는 것을 관측하고 있었다.[64] 만약 고리가 있다면 항성의 광도는 행성에 근접하기 직전 약간 감소하는데, 항성의 광도가 수초 동안 크게 떨어졌으므로 이는 고리보다는 위성 때문이었다.1989년 보이저 2호는 해왕성 옆을 지나가면서 라리사를 재발견했으며, 내위성 다섯 개(나이아드, 탈라사, 데스피나, 갈라테아, 프로테우스)를 새로 찾아냈다.[65] 2001년 대형 지상 망원경 두 개를 이용한 연구조사 결과 외위성 다섯 개(할리메데, 사오, 프사마테, 라오메데이아, 네소)가 추가로 발견되어 해왕성의 위성은 모두 13개로 늘어났다.[80] 2002년, 2003년 두 연구진이 이 다섯 외위성을 다시 관측하였다.[80][70] 2002년 연구에서 여섯 번째 후보 위성이 발견되었으나 이후 실종되었다. 이 천체는 위성이 아니라 센타우루스족이었을 가능성이 있지만, 해왕성에 대해 한 달 동안 움직인 정도가 크지 않았기에 위성임이 거의 확실할 것으로 생각되며,[80] 지름은 33km에 발견 당시 해왕성으로부터 2,510만 km (0.168 AU) 떨어져 있었다.[80]
2013년 7월 1일 마크 쇼월터는 허블 우주망원경이 2009년 촬영한 해왕성의 고리 호 사진들을 검토하던 중 히포캠프를 발견했다. 그는 사진 촬영 기술을 응용하여 이 새로운 위성을 발견했는데, 그가 사용한 팬 기법은 위성이 빠르게 움직이는 것을 상쇄하고 사진 여러 장을 겹쳐 희미한 세부 특징을 잡아낼 수 있게 해 줬다.[45][46][47] 즉흥적으로 검토 영역을 해왕성의 고리 밖으로 확장하기로 결정하고 나서[48] 쇼월터는 새 위성을 나타내는 '꽤 확연한 점'을 찾아냈으며,[49] 허블이 찍은 다른 사진들을 2004년도까지 거슬러 올라가면서 재검토했다. 보이저 2호는 1989년 플라이바이 때 해왕성의 내위성 여럿을 새로 찾아낸 바 있으나 히포캠프는 너무 어두워서 발견하지 못했었다.[45]
2021년 스콧 S. 셰퍼드와 동료들은 마우나 케아, 하와이에 있는 스바루 망원경을 사용하여 해왕성의 불규칙 위성 2개를 더 발견했으며, 이는 2024년에 발표되었다.[43] 이 두 위성은 잠정적으로 S/2021 N 1과 S/2002 N 5로 지정되었다. 후자는 2002년에 잃어버린 위성을 회수한 것으로 밝혀졌다.[41][42]
2. 2. 명칭
20세기 전까지 트리톤은 공식적인 이름이 없었다. '트리톤'은 카미유 플라마리옹이 1880년 저서 ''대중 천문학''에서 제안한 명칭이지만,[50] 적어도 1930년대까지는 널리 사용되지 않았다.[51] 이때까지 트리톤은 보통 "해왕성의 위성"으로 알려져 있었다. 해왕성의 다른 위성들에도 해왕성이 바다의 신이라는 점에 맞춰 그리스 및 로마 신화의 수신(水神)들 이름이 붙었다.[81]- 포세이돈(그리스 신화에서는 넵투누스)의 자식: 트리톤, 프로테우스, 데스피나, 탈라사
- 포세이돈의 연인: 라리사
- 그리스 신화의 하급 수신(水神) 집단명: 나이아드, 네레이드
- 특정 네레이드: 할리메데, 갈라테아, 네소, 사오, 라오메데이아, 프사마테[81]
가장 최근에 발견된 히포캠프는 공식번호가 부여된 이후 고유명칭이 없었으나 2019년 2월 현재 이름을 받았다. 히포캠프는 반은 말이고 반은 물고기인 신화속 생명체이다.[60]
불규칙 위성들의 경우 목성의 위성들과 마찬가지로 순행 공전을 하는 위성들은 명칭이 'a'로 끝나며, 역행 공전 위성들은 'e'로, 궤도경사각이 유달리 큰 위성들은 'o'로 끝나는 것이 일반적인 관례이다.[52] 해왕성의 위성 명칭을 공유하는 소행성으로는 74 갈라테아와 1162 라리사 두 개가 있다.
3. 특징
해왕성의 위성은 규칙 위성과 불규칙 위성으로 나눌 수 있다. 규칙 위성은 해왕성 적도면을 원형 궤도로, 해왕성 자전 방향과 같이 움직이는 안쪽 위성 일곱 개를 포함한다. 불규칙 위성은 트리톤을 포함하여 나머지 일곱 위성이 속하며, 보통 경사각이 크고 찌그러진 타원 궤도를 역방향으로 해왕성에서 멀리 떨어져 돈다.[68] 트리톤은 궤도가 역방향이고 경사각이 크지만, 이심률이 작아 원형에 가깝고 행성으로부터 거리도 멀지 않아 다른 불규칙 위성과 차이가 있다.[22]
| 이름 | 지름/폭 (km) | 질량 (kg) | 궤도 경사각 (도) | 이심률 | 궤도 긴반지름 (km) | 공전 주기 (일) | 최초 관측 연도 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (갈레 고리) | 1,700 | 41,900 - 43,600 | 1989 | |||||
| III | 나이아드 | 67 (96 × 60 × 52) | - 1.9 | 4.74 | - 0 | 48,227 | 0.294 | 1989 |
| IV | 탈라사 | 83 (108 × 100 × 52) | - 3.5 | 0.205 | - 0 | 50,075 | 0.311 | 1989 |
| V | 데스피나 | 152 (180 × 150 × 130) | - 2.1 | 0.065 | - 0 | 52,526 | 0.335 | 1989 |
| (르베리에 고리) | 15 | 53,200 | 1989 | |||||
| (러셀 고리) | 4,000 | 53,200 - 57,200 | 1989 | |||||
| (아라고 고리) | - 100 | 57,200 | 1989 | |||||
| VI | 갈라테아 | 175 (204 × 184 × 144) | 2.12 | 0.054 | - 0 | 61,953 | 0.429 | 1989 |
| (애덤스 고리) | - 50 | 62,930 | 1989 | |||||
| (리베르테 아크) | - 50 | 62,930 | 1989 | |||||
| (에갈리테 아크) | - 50 | 62,930 | 1989 | |||||
| (프라테르니테 아크) | - 50 | 62,930 | 1989 | |||||
| (쿠라주 아크) | - 50 | 62,930 | 1989 | |||||
| VII | 라리사 | 195 (216 × 204 × 164) | - 4.2 | 0.201 | 0.001 | 73,548 | 0.555 | 1981 |
| XIV | 히포캠프 | < 19 | ? | ? | ? | 105,000 | 0.958 | 2013 |
| VIII | 프로테우스 | 418 (436 × 416 × 402) | - 5 | 0.039 | - 0 | 117,647 | 1.122 | 1989 |
| I | 트리톤 | 2,700 | 2.14 | 156.8 | - 0 | 354,800 | -5.877 | 1846 |
| II | 네레이드 | 340 | - 3.1 | 7.23 | 0.751 | 5,513,400 （1,353,600 - 9,623,700） | 360.14 | 1949 |
| IX | 할리메데 | 60 | - 9 | 134.1 | 0.572 | 15,728,000 | -1879.71 | 2002 |
| XI | 사오 | 38 | - 9 | 52.74 | 0.137 | 22,422,000 | 2914.07 | 2002 |
| - | S/2002 N 5 | 42.1 | 0.548 | 23,365,200 | 3141.26 | 2002 | ||
| XII | 라오메데이아 | 38 | - 9 | 39.56 | 0.416 | 23,571,000 | 3167.85 | 2002 |
| X | 프사마테 | 28 | - 1.5 | 137.3 | 0.450 | 46,695,000 | -9115.91 | 2003 |
| XIII | 네소 | 60 | - 9 | 139.3 | 0.605 | 48,387,000 | -9373.99 | 2002 |
| - | S/2021 N 1 | 134.4 | 0.441 | 50,623,600 | -10017.93 | 2021 | ||
3. 1. 규칙 위성
해왕성의 규칙 위성은 가까운 것부터 순서대로 나이아드, 탈라사, 데스피나, 갈라테아, 라리사, 히포캠프, 프로테우스이다. 바깥쪽 둘을 제외한 나머지는 해왕성 동기 궤도 안쪽에 있기 때문에(해왕성의 자전 주기는 0.6713 일이다.)[53] 조석적으로 감속되고 있다. 해왕성에서 가장 가까운 규칙 위성 나이아드는 내위성들 중 두 번째로 작다.(가장 작은 위성은 히포캠프이다.) 프로테우스는 규칙 위성들 중 가장 크며 해왕성의 위성들 중 두 번째로 크다.내위성들은 해왕성의 고리와 밀접히 연관되어 있다. 제일 안쪽의 두 위성 나이아드와 탈라사는 갈레 고리와 르베리에 고리 사이를 돌고 있다.[65] 데스피나는 르베리에 고리의 양치기 위성 같은데 이는 그 궤도가 고리의 바로 안쪽에 있기 때문이다.[66] 그 다음 위성 갈라테아는 해왕성의 고리들 중 가장 뚜렷한 애덤스 고리의 바로 안쪽을 돈다.[66] 이 고리는 매우 좁아서 폭이 50 km를 넘지 않으며[67] 밝은 호 다섯 개가 고리에 걸쳐 있다.[66] 갈라테아의 중력은 이 고리의 입자들을 방사 방향으로 한정된 영역을 넘지 못하게 하여 좁은 고리 형태를 유지시킨다. 고리 입자들과 갈라테아 사이의 여러 궤도공명 역시 호 구조들을 유지시키는 역할을 하는 것으로 보인다.[66]
규칙 위성들 중 표면 지형 및 모양을 식별할 수 있을 정도로 선명한 사진을 찍은 천체는 덩치가 큰 상위 두 위성들뿐이다.[65] 라리사는 지름이 약 200 km로 길쭉하게 생겼다. 프로테우스는 확연하게 기다랗지는 않으나 충분히 구체 모양을 하고 있지도 않다.[65] 프로테우스 표면에는 지름 150 ~ 250 km 정도 크기에 평평하거나 약간 오목하게 파인 면 여럿이 있어 불규칙한 다면체와 비슷하게 생겼다.[74] 프로테우스의 지름은 약 400 km로 토성의 위성 미마스보다 크지만 미마스와는 달리 타원체가 아니다. 이 차이는 프로테우스가 과거 충돌사건으로 인해 파괴되었기 때문에 생긴 것으로 보인다.[77] 프로테우스의 표면은 충돌구로 덮여 있으며 선 모양의 지형구조 여럿이 존재한다. 가장 큰 충돌구 파로스는 지름이 150 km가 넘는다.[65][74]
해왕성의 모든 안쪽 위성은 어두운 색을 띠고 있어서 기하학적 반사율은 7 ~ 10% 범위에 있다.[69] 그들의 스펙트럼은 매우 어두운 물질, 아마도 복잡한 유기 화합물에 오염된 물 얼음으로 만들어졌음을 나타낸다. 이런 면에서 해왕성의 안쪽 위성은 천왕성의 위성과 유사하다.[65]
3. 2. 불규칙 위성
해왕성의 위성은 규칙 위성과 불규칙 위성의 두 무리로 나눌 수 있다. 불규칙 위성은 트리톤을 포함하여 궤도 경사각이 크고 찌그러진 타원 궤도를 역방향으로 해왕성으로부터 멀리 떨어져 돌고 있다. 다만 트리톤은 궤도가 역방향에 경사각이 크지만 이심률이 작아 원형에 가깝고 행성으로부터의 거리도 그리 멀지 않다는 점에서 다른 불규칙 위성과는 차이가 있다.[68]
이심률이 큰 궤도나 역행하는 궤도를 그리는 위성이 많으며, 해왕성에 포획된 태양계 외곽 천체가 아닌가 생각되고 있다.
이들 위성의 이름은 그리스 신화에 등장하는 바다와 물의 정령, 주로 네레이스에서 따왔다.
| 이름 | 궤도 경사각(도) | 이심률 | 궤도 긴반지름 (km) | 공전 주기(일) | 최초 관측 연도 |
|---|---|---|---|---|---|
| 할리메데 | 134.1 | 0.572 | 15,728,000 | -1879.71 | 2002 |
| 사오 | 52.74 | 0.137 | 22,422,000 | 2914.07 | 2002 |
| S/2002 N 5 | 42.1 | 0.548 | 23,365,200 | 3141.26 | 2002 |
| 라오메데이아 | 39.56 | 0.416 | 23,571,000 | 3167.85 | 2002 |
| 프사마테 | 137.3 | 0.450 | 46,695,000 | -9115.91 | 2003 |
| 네소 | 139.3 | 0.605 | 48,387,000 | -9373.99 | 2002 |
| S/2021 N 1 | 134.4 | 0.441 | 50,623,600 | -10017.93 | 2021 |
수치 시뮬레이션에 따르면 위성 할리메데가 과거에 네레이드와 충돌했을 확률은 0.41이다.[34] 충돌 발생 여부는 알려져 있지 않지만, 두 위성 모두 유사한 ("회색") 색상을 가지고 있어 할리메데가 네레이드의 파편일 가능성을 시사한다.[13]
3. 2. 1. 트리톤
트리톤은 해왕성에 중력적으로 붙잡힌 천체로 생각되며, 행성을 역행 방향으로 돌고 있고 공전 궤도는 원 모양에 가깝다. 태양계에서 상당한 수준의 대기가 있음이 확인된 위성 중 하나이다. 트리톤의 대기는 대부분 질소로 되어 있으며, 여기에 소량의 메테인과 일산화 탄소가 섞여 있다.[25] 트리톤 표면의 대기압은 약 14 μbar이다.[25]
1989년 보이저 2호는 트리톤의 얇은 대기에 구름과 연무로 추정되는 특징들이 나타난 것을 관측했다.[19] 트리톤은 태양계에서 극도로 차가운 천체의 반열에 들어가며 표면 온도는 약 38,000이다.[25] 표면은 질소, 메테인, 이산화 탄소, 물의 얼음으로 덮여 있고[27] 기하 알베도는 70%가 넘어 꽤 높다.[19] 심지어 본드 알베도는 더 높아서 최대 90%에 이른다.[19][9]
트리톤의 표면은 거대한 남쪽 극관, 구릉과 사면에 의해 십자 모양으로 쪼개지고 충돌구로 덮인 오래 된 지형들, 극저온 화산 같은 내부 활동에 의해 만들어진 것처럼 보이는 젊은 지형 등으로 구성되어 있다.[19] 보이저 2호의 관측 자료로부터 트리톤의 극관에 활동적인 간헐천 여러 개가 태양으로부터 열을 받아 분출물을 지상으로부터 8 km 높이까지 뿜어내고 있음을 알아냈다.[19]
트리톤의 밀도는 약 2 g/cm3으로 비교적 높아 구성물질 중 약 3분의 2는 암석이고 나머지 3분의 1은 얼음(주로 물 얼음)으로 되어 있다. 트리톤 내부 깊은 곳에는 액체 물이 지하 바다를 이루는 층이 존재할 수도 있다.[26] 역행하는 공전 방향 및 상대적으로 해왕성에 가까운 거리(지구와 달 사이 간격보다 가까움) 때문에 트리톤은 조석 감속 작용을 받고 있다. 따라서 트리톤은 나선형 모양을 그리면서 해왕성과 가까워지는 중이며 약 36억 년 후 파괴될 것이다.[10]
3. 2. 2. 네레이드
네레이드는 해왕성의 위성 중 세 번째로 크며, 이심률이 매우 큰 궤도를 가지고 있다. 네레이드의 이름은 그리스 신화에 나오는 바다의 요정 네레이스에서 따왔다.[68]| 항목 | 값 |
|---|---|
| 지름 (km) | 340 |
| 질량 (kg) | ~ 3.1 |
| 궤도 경사각(도) | 7.23 |
| 이심률 | 0.751 |
| 궤도 긴반지름 (km) | 5,513,400 (1,353,600 - 9,623,700) |
| 공전 주기(일) | 360.14 |
| 최초 관측 연도 | 1949 |
3. 2. 3. 평범한 불규칙 위성들
이심률이 큰 궤도나 역행하는 궤도를 그리는 위성이 많으며, 해왕성에 포획된 태양계 외곽 천체가 아닌가 생각되고 있다. 트리톤은 태양계의 역행 위성 중에서 가장 크다.[68]
위성은 그리스 신화에 등장하는 바다와 물의 정령, 주로 네레이스에서 이름을 따왔다.
| 이름 | 궤도 경사각(도) | 이심률 | 궤도 긴반지름 (km) | 공전 주기(일) | 최초 관측 연도 |
|---|---|---|---|---|---|
| 네레이드 | 7.23 | 0.751 | 5,513,400 (1,353,600 - 9,623,700) | 360.14 | 1949 |
| 할리메데 | 134.1 | 0.572 | 15,728,000 | -1879.71 | 2002 |
| 사오 | 52.74 | 0.137 | 22,422,000 | 2914.07 | 2002 |
| S/2002 N 5 | 42.1 | 0.548 | 23,365,200 | 3141.26 | 2002 |
| 라오메데이아 | 39.56 | 0.416 | 23,571,000 | 3167.85 | 2002 |
| 프사마테 | 137.3 | 0.450 | 46,695,000 | -9115.91 | 2003 |
| 네소 | 139.3 | 0.605 | 48,387,000 | -9373.99 | 2002 |
| S/2021 N 1 | 134.4 | 0.441 | 50,623,600 | -10017.93 | 2021 |
수치 시뮬레이션에 따르면 위성 할리메데가 과거에 네레이드와 충돌했을 확률은 0.41이다.[34] 충돌 발생 여부는 알려져 있지 않지만, 두 위성 모두 유사한 ("회색") 색상을 가지고 있어 할리메데가 네레이드의 파편일 가능성을 시사한다.[13]
4. 생성
해왕성 위성들의 질량비는 태양계 가스 행성들의 위성계 중에서 가장 불균형하다. 위성계 전체 질량의 99.7%를 트리톤 하나가 차지하고 있으며, 나머지 위성들의 질량을 전부 합쳐도 0.3%밖에 되지 않는다. 이는 타이탄 하나가 계 질량의 95% 이상을 차지하는 토성 위성계와 비슷하다. 반면 목성과 천왕성의 위성계는 비교적 위성들의 질량이 고르게 분배되어 있다. 초기 해왕성계가 생겨나고 한참 뒤 트리톤이 포획되었는데, 이 포획 과정에서 기존의 해왕성계 구성원 대다수가 파괴되었을 것으로 추측되며, 이것이 현재처럼 트리톤 하나에 위성계 질량 대부분이 몰려 있는 이유로 여겨진다.[79][57]
해왕성에 중력에 붙잡히던 당시 트리톤의 궤도는 심하게 찌그러진 상태였을 것이고, 이것이 기존의 해왕성 내위성들의 궤도를 흔들어 혼란스럽게 만들었을 것이며, 이들은 서로 충돌하여 산산조각나 고리를 이루는 파편들이 되었을 것이다.[79] 이는 현재 내위성들이 해왕성과 함께 태어났던 원래 구성원들이 아니라는 뜻이다. 트리톤의 궤도가 원형으로 바뀌고 나서 파편들이 뭉쳐 현재 위성들로 자라나게 되었다.[77]
천문학자들은 트리톤이 포획된 과정을 여러 가설을 통해 추정해 왔다. 가설 중 하나로 트리톤이 삼체 조우 중 붙잡혔다는 것이 있다. 이 시나리오는 카이퍼 대 연성계가 해왕성과 만나서 구성원들의 궤도가 흐트러졌고, 둘 중 살아남은 쪽이 트리톤이라고 주장한다.[78]
수리적 시뮬레이션에 따르면 할리메데가 네레이드와 과거 어느 시점에 충돌했었을 확률은 0.41이라고 한다.[80] 충돌이 일어났었는지의 여부는 확실하지 않지만, 두 위성 모두 색채가 비슷하여(회색조) 할리메데가 네레이드의 파편일 수도 있음을 암시한다.[58]
5. 목록
(km)
(kg)
(도)
(96 × 60 × 52)
(108 × 100 × 52)
(180 × 150 × 130)
(204 × 184 × 144)
(216 × 204 × 164)
(436 × 416 × 402)
（1,353,600 - 9,623,700）