태양계 행성 - 수성

머큐리(영어: Mercury; 라틴어: Mercurius)는 빠른 운동으로 유럽에서는 고대 로마 신화에 나오는 질주하는 메신저 신이라는 의미로 머큐리(Mercury)라고 불렀습니다. 
수성은 태양계의 8대 행성 중 가장 작고 태양과 가장 가까운 행성입니다. 궤도 주기는 87만9691일로 116일 정도 지구와 합류해 태양계의 다른 행성보다 공전 속도가 훨씬 빠릅니다. 수성은 표면에서 일교차가 가장 큰 행성입니다. 대기층이 매우 희박하여 열을 효과적으로 보존할 수 없습니다. 낮에는 적도 지역의 온도가 432°C에 달하고 밤에는 -172°C까지 내려갑니다. 수성의 축 기울기는 태양계의 모든 행성 중 가장 작지만(대략 1⁄30도) 궤도 편심률이 가장 큽니다. 수성의 원일점 거리는 근일점의 약 1.5배에 달합니다. 수성의 표면은 환상산으로 달과 다른 위성들과 비슷하게 퍼져 있으며 지질은 수십억 년 동안 비활동 상태였습니다.

수성은 사계절의 변화가 없습니다. 행성 중 오직 그것만이 태양 궤도와 공명한다.세 바퀴를 자전하는 시간과 태양을 두 바퀴 공전하는 시간은 거의 같습니다. 태양에서 수성을 볼 때,그 자전과 공전을 참조하면,매 두 개의 수성은 1년의 태양일입니다.
수성의 궤도는 지구 안쪽(금성과 같음)에 있어 자정 전후로 나타나지 않고 아침저녁과 낮에만 하늘에 나타납니다. 지구에서 볼 때 수성의 밝기는 -2.48~7.25 등으로 변화가 크지만 태양과의 거리각은 최대 28.3°에 불과합니다. 북반구에서는 새벽이나 황혼의 황혼빛 속에서만 수성을 볼 수 있습니다. 큰 거리가 적도에 나타날 때남쪽 위도에서는 남반구의 중위도에서 완전히 어두운 하늘에서 수성을 볼 수 있습니다.

 

 

수성은 모든 행성 중 궤도 이심률이 0.20563으로 가장 높으며 태양과의 거리는 4600만~7000만㎞에 이릅니다. 87.969 지구일 주기로 태양을 온전히 공전합니다. 오른쪽 수성 궤도도는 같은 반장축의 원형 궤도를 겹쳐 궤도 이심률에 따른 영향을 보여줍니다. 5일 간격으로 표시가 가까이에 표시되어 있습니다. 일시는 비교적 큰 거리를 두어 비교적 높은 궤도 속도를 분명하게 나타냅니다. 공의 크기는 그것들과 태양의 거리와 반비례하여 일심 거리의 변화를 설명하는데 사용됩니다. 태양까지의 거리의 변화는 결합 행성이 자전축의 자전 궤도를 공명하여 표면 온도의 복잡한 변화를 초래합니다. 이 공진은 1개의 수성일의 길이를 수성의 2년 또는 대략 176개의 지구일로 만듭니다. 수성의 궤도평면은 지구의 궤도평면(황도)에 7도 기울어져 오른쪽 그림에 나타납니다. 수성은 앞쪽에서 태양을 지나는 일면통과에서 수성이 황도평면을 지날 때 지구와 태양 사이에 있을 때만 발생합니다. 평균적으로 약 7년에 한 번꼴로 발생합니다. 수성의 전축 경사각은 거의 0이고 측정값은 0.027도보다 작습니다. 이는 목성보다 훨씬 작은 것으로, 전축경사각에서 두 번째로 작은 행성으로, 수치는 3.1도이다.이는 수성의 극점에 있는 관측자는 태양 중심점의 고도가 영원히 높지 않음을 의미합니다. 

수성의 표면의 어떤 점에서는 관측자는 태양이 도중까지 올라가면 다시 일몰을 반전시킨 후 다시 일출하는 것을 볼 수 있습니다. 모든 점에서는 모두 같은 수성일에 일어납니다. 이는 근일점 전 대략 4개의 지구일 때, 수성 궤도의 각속도는 그것의 자전속도와 거의 같기 때문에 태양의 시운동이 정체되기 때문입니다. 근일점에서는 수성이 자전하는 것보다 공전하는 각속도가 더 빠릅니다. 따라서 수성에 있다고 가정하는 관측자에게는 태양이 역주행하는 것을 분명히 볼 수 있습니다. 근일점을 통과한 지 나흘 만에 이 지점에서 관측된 태양시운동이 정상으로 돌아왔습니다.

수성과 지구 내 합(가장 가까운 지구)의 주기는 평균 116일이지만 수성 궤도의 이심률 때문에 105일부터 129일까지 차이가 납니다. 수성과 지구의 거리는 7730만 킬로미터까지 근접할 수 있지만 서기 28622년까지는 8000만 킬로미터 이내로 접근하지 않을 것입니다. 서기 2679년에는 8210만 킬로미터, 서기 4487년에는 8200만 킬로미터입니다. 지구에서 볼 수 있는 역주행 기간은 대략 내합 전후의 8-15일 정도이기 때문에 이렇게 큰 차이가 나는 것은 전적으로 큰 이심률을 가지고 있기 때문입니다.

 

 

1889년 이탈리아 천문학자 조반니 스키아파렐리는 수성의 자전 기간과 공전 기간이 모두 88일이라는 다년간의 관측을 거쳤습니다. 수성은 여러 해 동안 태양과 같은 조석으로 여겨져 왔으며, 궤도 공전 때마다 같은 면으로 태양을 향하고, 마치 달이 항상 같은 면으로 지구를 향하고 있는 것처럼 여겨져 왔습니다. 1965년의 레이더 관측에서, 미국 천문학자는 비로소 수성의 자전의 정확성을 측정하였습니다. 주기는 58.646일입니다. 수성이 3:2의 자전 궤도로 공명한다는 것을 증명합니다. 태양을 2번 공전할 때마다 3번 자전합니다. 또한 수성 궤도의 높은 이심률은 이 공명을 안정시킵니다. 근일점에서는 태양의 조석력이 가장 강하고 태양도 가장 평온한(안정적인) 수성과 가장 가까운 하늘에 나타납니다.

처음에 천문학자들은 동시다발적으로 수성이 관측하기 좋은 위치에 있을 때 거의 항상 3:2 공명하는 같은 위치에 있기 때문에 같은 모습을 보인다고 생각했습니다. 이는 수성의 공전 주기가 지구 합류 주기의 절반과 일치하기 때문이기도 하지만, 수성의 3:2 스핀 궤도 공진으로 태양일(태양이 중천을 두 번 지나는 시간 간격)이 약 176일이다.일항성일(자전주기)은 지구일 약 59일입니다.
수성의 궤도 이심률은 수백만 년 동안 다른 행성들의 섭동에 의해 0(원형)에 근접해 0.45가 넘는 혼돈으로 변한다는 시뮬레이션이 나왔습니다. 이는 수성의 3:2 스핀 궤도 공명(더 흔한 1:1이 아닌 공명)을 설명할 수 있는 것으로 여겨집니다. 수치 시뮬레이션 디스플레이 미래 장기 궤도 공명, 및목성의 상호작용으로 근일점 거리가 늘어나 향후 50억 년 안에 1%의 확률로 금성과 충돌할 수 있습니다.

 

근일점진동

1859년 프랑스 수학자와 천문학자 우르바인 장 르베예는 수성이 태양을 감싸는 궤도는 뉴턴역학과 기존 알려진 행성들의 섭동을 완벽하게 설명할 수 없는 느린 진동을 보인다고 보고했습니다. 그는 "또 다른 행성(또는 일련의 더 작은 천체)이 수성보다 태양에 더 가까운 궤도에 위치한다"는 말로 이 일을 처리할 것을 제안했습니다. 일부 섭동(다른 해석은 태양의 약간 평평한 것을 포함합니다.)천왕성의 궤도를 교란해 해왕성을 발견하는 데 성공해 천문학자들은 이 해석에 자신감을 갖고 있으며 이 가설의 행성은 축융성으로 명명됐지만 끝내 발견하지 못했습니다.
수성의 지구 근일점 진동이 5600호초(1.5556도)이거나 관성 ICFR에 비해 574.10±0.65각초지만 뉴턴역학은 다른 행성으로부터의 모든 영향을 고려해 5557각초(1.5436도)에 불과합니다. 20세기 초기에, 아인슈타인의 광의상대성이론은 관측된 진동에 대하여 언급하였습니다. 이 효과는 매우 적습니다: 수성 근일점의 상대론적 진동이 매 세기 42.98각초입니다. 방금 전까지는 부족했습니다. 그러나 1200만 번의 공전을 거치고도 약간의 과잉이 있습니다. 다른 행성들도 비슷하지만 금성은 8.62각초, 지구는 3.84각초, 화성은 1.35각초, 이카로스(1566 Icarus)는 10.05각초입니다.

 

수성 일면통과 표시도

수성 일면통과가 태양과 지구 사이에 이르면 태양 원면에 작은 검은 점이 지나가는 현상을 수성 일면통과라고 합니다. 일식과 비슷하게 달보다 멀리 떨어져 있는 수성과 달리 시직경은 태양의 190만분의 1에 불과합니다. 수성이 태양을 가리기에는 면적이 너무 작아서 태양의 밝기를 감소시키기에 충분하지 않기 때문에, 육안으로는 태양의 능선을 볼 수 없고, 망원경을 통해서만 할 수 있습니다. 수성 일면통과 100년에 평균 13회 발생. 20세기 말 일면통과가 있었던 것은 1999년 11월 16일 5시 42분이었습니다. 인류 역사상 처음으로 수성 일면통과가 '행성운동 3대 법칙'의 발견자임을 예고한 독일 천문학자 케플러(1571~1630)입니다. 그는 1629년 1631년 11월 7일에 희한한 천상인 수성 일면통과가 일어날 것이라고 예언했습니다. 프랑스 천문학자 가상디는 이날 파리에서 일본 땅에서 작은 흑점(수성)이 동쪽에서 서쪽으로 서서히 이동하는 것을 목격했습니다. 수성은 1631년부터 2003년까지 50차례나 일면통과가 이뤄졌습니다. 이 중 11월에 35건, 5월에 1건이었습니다. 100년마다 평균 13.4회 수성 일면통과가 발생합니다.

 

수성은 일면통과이고, 중앙은 왼쪽 흑점에 수성이며, 중앙은 태양 흑점에 접한다.
수성 일식의 발생 원리는 일식과 매우 유사합니다. 수성 궤도와 황도면 사이에는 경사각이 존재합니다. 이 경사각은 대략 7도입니다. 이는 수성 궤도가 지구 황도면과 두 개의 접점을 갖게 하는 결과를 낳았습니다. 즉 승교점과 내림교점입니다. 수성의 과승 교점은 바로 지구 황도면 아래 방향 황도면 위쪽에서 운동하는 것이고, 강하 교점은 반대입니다. 수성과 지구 둘만의 궤도는 같은 평면상에 있고, 일수의 세 가지입니다. 마침 일직선으로 늘어서 있을 때 수성 일면통과가 일어납니다. 만약 수성이 승강 교점 부근에서 이틀 만에 수성의 하합위상이 발생했다면 수성 일면통과 천상이 발생할 수 있습니다. 수성의 일면통과 시점은 10세기 내에 5월이나 11월에만 발생할 수 있습니다. 5월에 발생한 것은 강교점인 수성의 일면통과이고, 11월에 발생한 것은 승교점인 수성의 일면통과입니다. 5월에 일어나는 수성의 일면통과가 더 희귀하고 지구와 더 가깝습니다. 수성의 일면통과 발생 주기는 마찬가지로 일월식과 같은 사라 주기를 따릅니다. 같은 그룹 사라 주기 내 수성 일면통과 발생 주기는 46년 1일 6.5시간 정도입니다. 그런데 이 46년 주기 중에 12개의 윤년이 있다면요. 주기는 46년 6.5시간 정도입니다. 여기서 말하는 시간차 값은 동일한 사라 주기가 인접한 두 번의 수성 일면통과에서 아득한 시간차 값입니다. 같은 사라 주기가 인접한 두 번의 수성 일면통과 발생 시점이 다르기 때문입니다.

지상관측

수성의 시성 등은 -2.6 등(가장 밝은 항성 천랑성보다 밝음)과 +5.7 등(이론적으로 맨눈으로 보이는 한계치에 가까움) 사이에 있습니다. 이 두 극단적 값은 모두 수성의 하늘에서 시위치가 태양에 가까울 때 나타납니다. 태양에 가깝기 때문에 관측에 번거로움이 있어 대부분의 시간을 햇빛에 잃어버리고, 일출 전이나 일몰 후 잠깐의 황혼빛에서만 볼 수 있습니다. 5대 행성의 수성이라면 예로부터 육안으로 관측하는 것이 가장 어려웠습니다. 일설에 따르면 대천문학자 코페르니쿠스는 임종 직전 평생 수성을 본 적이 없다고 탄식했습니다. 수성은 다른 행성들과 밝은 항성들처럼 개기일식 시간에 볼 수 있습니다.

달과 금성처럼 지구에서 수성의 위상을 관찰할 수 있습니다. 초승달이 내합에서, 보름달이 외합에서 나타났습니다. 태양과 마주보고 있기 때문에 지구상에서는 수성이 이 두 가지 위상을 나타내는 것을 볼 수 없습니다. 수성을 관찰할 때는 일출 전 약 50분, 혹은 일몰 후 50분이 가장 좋습니다.

수성을 망원경으로 본다면 궤도상에서 가장 멀리 떨어져 있거나 태양에서 가장 멀리 떨어져 있을 때를 선택하여 일출 전이나 일몰 후에 찾아낼 수 있습니다. 천문역서는 이 '큰 거리'가 태양의 서쪽(오른쪽)인지 동쪽(왼쪽)인지 알려줍니다. 서쪽이면 새벽에, 동쪽이면 황혼에 관측할 수 있습니다. 태양의 어느 쪽을 탐색할지, 가능한 한 지평선이 가로막는 곳이 없는 지점을 골라야 합니다. 수성을 찾아내는 데는 해가 뜨거나 지는 곳에서 대략 한 뼘 정도의 폭이 있어야 합니다. 너는 연한 붉은 빛을 내는 작은 별을 보게 될 것입니다.
태양빛에 잠기기 전에 약 2주일 동안은 그것을 관측할 수 있습니다. 6주 후에는 반대쪽 모서리에 다시 나타납니다.
중국 대부분의 지역에서는 통상 1년에 2~3번 정도만 최적의 수성 관측 기회가 주어집니다. 수성은 혼성일 때 매년 3월 말에서 6월 초, 특히 5월 중하순에 비교적 큰 높이에 도달할 기회가 있어 저녁 무렵의 서쪽 하늘에서 찾아볼 수 있습니다.