천왕성 자전의 비밀, 허블이 풀었다···40년 만에 새 기준 제시

천왕성은 자전축과 자기장이 극단적으로 기울어져 있어, 내부 구조와 회전 특성을 정확히 이해하는 데 어려움이 있었다. 최근 국제 연구팀이 허블 우주망원경의 장기 관측 데이터를 분석해 천왕성의 자전 속도를 사상 최고 정밀도로 측정했다. 이 결과는 천왕성 자기장의 동역학 연구와 향후 탐사 계획 수립에 중요한 기준을 제공할 것으로 기대된다.

천왕성 자전 속도, 허블 망원경으로 정밀 측정

천왕성은 특이한 자기장과 자전축을 가진 행성으로, 내부 자전 속도를 정확히 측정하는 것이 매우 어려웠다. 이를 해결하기 위해 로랑 라미(프랑스 파리 천문대 LIRA 및 엑스마르세유대학 LAM 소속) 박사가 이끄는 연구팀은 새로운 접근법을 시도했다.

연구팀은 허블 망원경이 10년 넘게 관측한 천왕성 오로라의 위치 변화를 분석해, 행성의 자전 움직임을 추적했다. 오로라는 에너지가 높은 입자들이 천왕성 자기장 극지방에 충돌하며 만들어지는 빛 현상이다.

그 결과, 천왕성은 한 바퀴 도는 데 17시간 14분 52초가 걸리는 것으로 나타났다. 이는 NASA 보이저 2호가 1986년 비행 당시 측정한 값보다 28초 길다.

천왕성 자기 극 추적을 위한 새로운 좌표계 구축

이번 연구는 자전 속도를 정밀하게 측정한 결과뿐 아니라, 새 좌표계를 구축한 데 의미가 크다. 천왕성의 기존 좌표계는 오래된 자전 속도를 기반으로 만들어져 시간이 지날수록 오차가 커졌다. 이로 인해 천왕성 자기 극의 정확한 위치를 추적하는 데 어려움이 있었다.

새롭게 확립된 좌표 시스템은 과거 40년간의 천왕성 오로라 데이터를 일관성 있게 비교할 수 있는 기준을 제공한다. 라미 박사는 “이번 결과는 향후 천왕성 오로라 관측뿐 아니라, 다가오는 천왕성 탐사 임무 준비에도 필수적”이라고 말했다.

특히 미국의 행성과학 10개년 계획(Planetary Science Decadal Survey)에서는 ‘천왕성 궤도선 및 탐사선(Uranus Orbiter and Probe)’을 최우선 목표로 선정한 바 있다.

천왕성 오로라의 특성과 자기장 구조

천왕성의 오로라는 지구, 목성, 토성의 오로라와 다르게 불규칙하게 나타난다. 이는 자전축과 자기축이 약 60도 이상 기울어져 있고, 자기장이 행성 중심에서 벗어나 있기 때문이다.
이 구조적 차이로 천왕성 오로라는 자전과 공전에 따라 위치가 크게 변하며, 외부 태양풍에도 민감하게 반응한다.

이번 연구는 천왕성의 복잡한 자기장 구조와 동역학을 이해하는 데 필요한 관측 데이터를 확보했다.
향후 탐사 임무에서도 이 특성을 고려해 궤도 설계와 관측 전략을 수립할 필요가 있다.

천왕성 연구를 가능하게 한 허블 장기 관측

천왕성의 자전 속도는 허블 우주망원경의 장기 관측 덕분에 정밀하게 측정될 수 있었다.
허블은 10년 이상 천왕성의 자외선 오로라를 정기적으로 촬영했으며, 연구팀은 오로라의 위치 변화를 분석해 자기 극의 주기적 이동을 추적했고 행성 내부의 자전 속도를 간접적으로 계산하는 데 성공했다.
로랑 라미 박사는 “허블의 지속적 관측이 없었다면 이 정도 정밀도는 불가능했을 것”이라고 말했다.

손동민 기자/ hello@sciencewave.kr

더 많은 정보: L. Lamy et al, A new rotation period and longitude system for Uranus, Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02492-z

자료: Nature Astronomy