수성에 영하 100도가 넘는 곳이 있다는 것이 가능한가?

[보스꼬]

수성의 최저 온도가 영하 193도나 된다고 하네요! 

지구상 가장 추운 남극의 온도가 영하 67,8도라고 합니다. 

수성의 가장 추운 곳은 지구상 가장 추운 곳보다 3배나 더 춥다고 하니 

얼마나 추운 곳인지 상상할 수 있을 것입니다. 

수성에 대해 설명하는 네이브 사전 

그런데 그토록 추운 이유를 과학자들은 수성이 태양을 공전하는데 

달처럼 한 쪽면만을 태양을 바라보기 때문이라고 합니다. 

즉 태양을 볼 수 없는 쪽은 항상 그늘 속에 있기 때문에 엄청 춥다고 합니다.

그런데 최근에는 비록 매우 느리긴 하지만 자전도 하고 있으며

너무나 오랫동안 태양을 볼 수 없기에 온도가 그렇게 낮다고 하네요. 

하지만 제가 태양 앞을 지나가는 수성의 실제 모습을 보았을때 

수성에 영하 193도나 되는 곳이 있다고는 도저히 상상이 되지 않았습니다. 

아니, 수성은 도저히 영하로 떨어질 수 없는 행성같다는 생각이 들었습니다. 

태양면을 가로지르는 수성의 실제 모습 (좌측 중앙 검은 점) 

천문학자들은 태양의 표면 온도가 무려 5800도나 된다고 하네요! 

이는 포항제철의 용광로 온도(1500도)보다 약 4배가 뜨거운 온도이지요!

위 사진을 보면 어마어마 하게 크고 어마어마하게 뜨거운 용광로 앞에 

아주 작은 쇠공이 하나 있는 듯 합니다. 

과연 저기 있는 저 작은 쇠공의 뒷면이 태양빛을 보지 못한다고 해서

영하로 내려갈 수가 있을까요? 

그 열기가 저 공의 모든 곳을 감싸 안아야 하지 않을까요? 

물론 어떤 사람은 비록 사진은 저렇게 보여도

수성과 태양사이의 거리가 엄청 멀어서 그렇다고 할 수도 있겠지요!

하지만 아무리 멀어도 상대적인 크기가 저렇게 보인다면 

그 열기는 수성을 모두 집어삼키고 말 것이라는 점에는 변함이 없을 것입니다.

수성의 최저온도에 대한 과학자들의 해명이 틀렸거나 

그렇지 않다면 

수성이 영하로 내려가는 이유는 단순히 

태양빛을 받지 못해서가 아닌

다른 이유가 있지 않을까요?  

이에 대해서 나름의 해답을 가지신 분은 답글 좀 부탁합니다! 

[김건휘]

안녕하세요 교수님, 흥미로운 문제 제기에 감사드립니다.
수성과 같이 태양에 근접한 행성에서 극저온이 발생할 수 있다는 점은 직관적으로 받아들이기 어려운 부분이며, 이에 대한 설명은 수성의 물리적 특성과 환경적 조건을 종합적으로 이해할 필요가 있습니다.

우선, 수성의 최저 온도(-193°C)는 수성 전체의 뒷면이나 야면에 국한되는 것이 아니라,
극지방의 깊은 분화구 내 ‘영구 음영 지역(permanently shadowed regions)’ 에서 관측됩니다.
수성은 자전축의 경사가 거의 0도에 가까워(약 0.03°), 극지방에서는 태양빛이 수평에 가깝게 이동하며,
그로 인해 분화구 바닥 깊숙한 곳에는 태양광이 영구적으로 도달하지 못하는 영역이 형성됩니다.

이러한 지역은 대기의 부재로 인해 외부 열의 전도나 복사가 극도로 제한되며,
우주 배경 복사에 노출되어 항상 극저온 상태(-190°C 이하) 를 유지합니다.
이는 NASA의 MESSENGER 탐사선에서도 확인된 바 있으며, 해당 지역에서는 물의 얼음이 존재하는 간접 증거가 탐지된 바 있습니다.

[김건휘]

또한 겉보기에는 수성이 태양과 매우 가까워 보이지만,
실제 평균 거리로는 약 5,800만 km에 이르며, 수성의 대기 밀도는 사실상 0에 가까운 극소량(엑소스피어 수준) 이기 때문에
온도 유지나 열의 순환은 거의 발생하지 않습니다.
그 결과, 태양광을 직접 받는 부분은 약 430°C까지 가열되지만,
그늘진 영역은 효과적으로 복사 냉각되어 수백 도 이상 차이가 나는 온도 분포가 발생합니다.

결론적으로, 수성의 극저온 현상은 단순히 ‘태양을 보지 못하기 때문’이라는 설명을 넘어서,
① 대기의 부재, ② 자전축의 경사, ③ 지형적 요인, ④ 태양과의 거리, ⑤ 복사열의 전달 제한성 등
복합적인 천체물리학적 요소가 작동한 결과로 보아야 한다고 생각됩니다.

좋은 문제 제기 덕분에 저 역시 다시 한 번 깊이 있게 탐구해볼 수 있었습니다. 감사합니다. 😊