수성(水星, 라틴어: Mercurius)은 태양계의 행성 중 가장 가까운 궤도를 도는 행성입니다. 태양에서부터 평균 5,800만km 떨어져 있으며, 반지름은 2,440km, 둘레는 43,924km인 가장 작은 내행성입니다. 핵은 수성 전체 반지름 70퍼센트 이상을 차지하고 철을 주성분으로 이루어진 것으로 추정합니다. 수성의 자전주기는 58일이고, 공전주기는 88일입니다.
표면은 충돌구가 많고, 행성이 만들어지고 식으면서 수축할 때 형성된 거대한 절벽이 있습니다. 나트륨, 칼륨 등으로 구성된 대기가 있지만 매우 희박합니다. 행성 중 태양에서 가장 가까이에 있어서 강력한 중력의 영향을 받기 때문에 매년 조금씩 궤도가 변합니다.
1. 수성의 탄생과 역사
태양이 생겨나고 남은 가스 구름과 먼지로 이루어진 원반 모양의 '태양 성운'에서 여러 행성이 생성된 것으로 추정하는데, 강착(降着) 이론에 따르면 행성들은 중심부의 원시별 주위를 도는 먼지 알갱이들이 뭉치면서 생겨나고, 이 알갱이들이 서로 충돌하면서 미행성으로 자라났으며, 이 미행성이 작은 천체를 빨아들이면서 수백만 년에 걸쳐 매년 15센티미터 정도씩 지름이 커졌습니다. 태양과 가까운 구역은 온도가 너무 높아서 물이나 메테인과 같은 휘발성 분자들이 압축될 수 없습니다. 그래서 이 구역에서 생성된 미행성들은 철, 니켈, 알루미늄 등의 금속류와 규산염 암석 등과 같은 녹는점이 높은 물질로만 이루어지게 되었습니다. 이러한 암석으로 이루어진 천체를 지구형 행성이라 하며, 여기에는 금성, 지구, 화성이 해당합니다. 지구형 행성을 이루는 물질은 우주에서 매우 희귀해서 지구형 행성은 크게 커질 수 없었습니다. 태양 생성 후 약 10만 년 동안 물질을 끌어모으고 충돌하고 뭉치는 과정을 거치는데 이 충돌 과정은 약 1억 년 동안 지속되었습니다. 그리고 원시 행성은 서로 중력으로 영향을 주고, 각각의 공전 궤도를 끌어당기면서 서로 충돌하면서 지금의 행성 크기가 되었습니다.
40억 년 전 후기 대폭격이 있을 때 수성 표면에 많은 충돌구가 생겼습니다.
2. 수성의 구조
수성은 지구형 행성이며, 태양계 행성 중 가장 반지름이 작은 행성입니다. 수성의 질량은 70퍼센트가 금석이고, 30퍼센트는 규산염 물질로 되어 있습니다. 수성의 밀도는 지구 다음으로 크지만, 지구는 자체 중력의 영향으로 내부 물질이 더 조밀하게 뭉쳐 있기 때문에, 압축되지 않은 조건에서 비교했을 경우 수성의 밀도는 지구보다 큽니다. 결과적으로 수성이 태양계 행성 중 가장 밀도가 큰 천체가 됩니다.
수성의 밀도를 이용하여 내부 구조를 추측할 수 있는데, 수성의 부피가 지구보다 훨씬 더 작고 내부도 그리 압축되어 있지 않습니다. 이것은 수성이 내부 핵 크기가 크며, 핵이 포함된 철 함량이 풍부하다는 것을 뜻합니다.
중심핵 바깥 부분에는 맨틀이 존재하는데 맨틀의 두께는 600km입니다. 수성이 만들어지고 얼마 지나지 않아 수백 km에 이르는 천체가 수성과 충돌하여, 원래 존재했던 맨틀 상당량이 떨어져 나가고 지금은 얇은 맨틀층만 남겼을 것으로 과학자들은 추측하고 있습니다.
수성의 핵은 다른 태양계 행성보다 많은 철을 함유하고 있을 것으로 추측하는 이론이 많이 제시되었으며, 그중 대표적인 이론은 세 가지가 있습니다. 첫 번째는 원래 수성 질량이 지금보다 컸으나 태양계 형성 초기에 거대한 미행성과 충돌하여 원시 수성의 지각과 맨틀 상당량이 우주로 날아갔기 때문에 지금과 같은 형태를 이루었다는 것입니다. 두 번째는 원시 태양이 내뿜었던 열기의 영향으로 수성 표면이 증발했다는 것입니다. 그리고 세 번째는 태양 성운에서 수성이 생겨나면서 강착 단계에 의해 가벼운 입자들을 끌어당겼다는 것입니다. 이러한 세 가지 이론은 현재 수정표면 조성을 각각 다른 상태로 가정하고 있으나 앞으로 검증을 통해 어느 것이 옳은지 알게 될 것입니다.
매리너 10호 자료와 지구상에서 관측한 자료를 통해 수성의 지각 두께는 약 100~300km인 것으로 밝혀졌습니다. 수성 표면에는 수많은 좁은 계곡이 존재하며, 이들은 지각이 식을 때 수성의 핵과 맨틀이 수축하면서 생겨난 것으로 추측합니다.
3. 수성 표면과 대기권
수성의 일반적인 기온은 100K~700K로 평균 온도는 452.5K입니다. 대기가 거의 없고 적도와 극의 온도 차이 때문에 최저 기온과 최고 기온의 차이가 큽니다. 수성의 밤 평균 온도는 110K이며, 수성의 태양 직하점 온도는 원일점에 있을 때 550K, 근일점에 있을 때 700K입니다. 수성 표면에서 태양 빛의 세기는 매우 강하고 표면 온도가 높지만 수성에 얼음이 존재합니다. 그 이유는 극의 깊은 곳에 있는 분화구는 직접적으로 태양 빛을 받지 않기 때문으로 보입니다. 얼음으로 덮인 지역은 표토층으로 덮여있을 것으로 추정합니다. 얼음 생성과 관련하여 두 가지 설이 제기되고 있으며, 한 가지는 행성 내부의 물이 기화했을 것으로 보는 것이고, 또 한 가지는 혜성과 충돌하여 얼음이 퇴적되었을 것으로 보는 것입니다.
수성의 대기는 자체 중력이 너무 작아서 대기를 오랜 시간 잡아 두지 못합니다. 수성의 외기권은 불안정하며 소멸과 생성이 반복하고 있으며, 수소와 헬륨, 산소, 나트륨, 칼슘, 칼륨, 여러 미량의 원소가 포함되어 있습니다. 수소와 헬륨 원자는 태양풍에서 온 것으로 추측되며, 다시 우주로 빠져나가기 전에 수성의 자기장으로 흩어집니다.
4. 수성의 궤도
수성의 궤도 이심률은 0.21이며, 이것은 모든 태양계 행성 중에서 가장 큽니다. 이 궤도를 수성이 공전하는 데 걸리는 시간은 88일이 됩니다. 수성은 조석 고정의 영향으로 달처럼 항상 태양과 같은 면을 보이지만, 1965년 레이다 관측으로 3번 자전하는 동안 2번 공전하는 3:2 궤도 공명이 일어나는 것을 발견했습니다. 수성이 관측하는 데 최적의 자리에 있을 때마다 궤도 공명이 이루어지는 곳 근처에 위치해서 같은 면만을 보는 것을 관찰하고 수성의 자전 주기가 지구에 대한 회합주기의 정확히 절반임을 알아냈습니다. 이런 궤도 공 현상의 영향으로 수성의 태양일은 176일, 항성일은 58.7일입니다.