수성의 구성과 대기 및 공전과 자전 및 관측

구성

태양계에서 태양과 가장 가까이 있는 천체인 수성은 구성 성분이 철 64.13%로 가장 많으며 니켈도 3.66%로 지구의 2배가 된다. 모든 원소들이 다 존재하기는 하지만 수성이라는 이름에 걸맞지 않게 수소는 0.4ppm으로 지구의 1% 수준으로 매우 적고 산소도 14.44%이다. 특이하게 행성의 크기에 비해 핵의 지름이 수성 전체의 지름의 75% 정도나 된다.

수성의 핵이 맨틀보다 비해한 이유는 수성이 형성된 지 얼마 지나지 않았던 시기에 수백 km 크기의 천체가 행성을 강타해 기존에 존재하던 맨들의 대부분을 날려버리고 지금과 같은 얇은 맨들이 남기게 했기 때문이라는 것이 학계의 추측이라고 한다.

대기

대기 중에는 매우 소량의 원자들만이 돌아다니는 것으로 추정되고 있다. 가급적 분자 상태를 유지하려고 하는 산소가 원자 상태로 존재하는 것은 다른 산소 원자와 마주칠 가능성이 거의 없이 때문이라고 한다. 실제로 수성의 대기 중에 포함된 원자가 서로 부딪힐 확률보다 원자기 지표면에 부딪힐 확률이 몇 배쯤 높을 정도로 우주 공간보다 약간 많은 정도의 희박한 대기만이 존재한다고 한다.

공전과 자전

두 바퀴 공전하는 동안 세 바퀴 자전을 하는 주기를 가지고 있으며 대기가 거의 없고 자전 또한 느리기 때문에 기온은 -183도에서 430도까지 변하한다고 한다. 

공전궤도의 이심률이 큰 편에 속하기 때문에 수성에서 관측하는 태양의 크기는 커졌다가 작아졌다가 한다.

수성일을 기준으로 수성의 적도상에서 태양의 겉보기 운동은 동쪽에서 태양이 뜨고 관측자 기준에서 천정에 태양이 접근하면서 크기가 점점 커지며 천정 부근에서 멈추었다가 다시 돌아가며 다시 서쪽으로 방향을 바꾸며 서쪽으로 가면서 크기가 작아진다.

이러한 운동을 보이는 이유는 사흘이 지날 동안 수성 기준으로 2년이 지나기 때문에 높은 궤도 이심률로 인해 근일점 부근에서는 공전 각속도가 자전 각속도보다 빨리 진다고 한다.

수성의 핵은 철이 풍부하며 철질의 핵이 자전함에 따라 회전하여 자기장을 만들어낸다. 자전이 느리기 때문에 그 세기는 지구의 1%정도로 매우 작다.  또 하나의 특이한 점은 타 행성이 비해 핵의 크기가 크고 맨틀이 작다는 것이다. 수성의 지름의 75%가 핵이 차지하고 있을 정도이다.

아인슈타인의 일반 상대성 이론을 검증해 준 중요한 실례가 수성이기도 하다. 수성의 타원 공전 궤도의 근일점이 움직이는 현상. 100년에 근일점이 5610초만큼 움직인다. 천문 관측은 요하네스 케플러나 아이작 뉴턴의 시대부터 정확했기 때문에 현상 자체는 1800년대에 이미 알려졌으나 고전 역학으로는 5567초 만을 설명할 수 있었으며 나머지 43초는 도저히 설명할 수 없었다. 그러나 아인슈타인 방정식에 태양의 중력을 넣으면 43초가 나온다는 사실이 일반 상대론을 우주적 규모로 검증해 준 것이다. 사실 이 현상은 어느 행성에서나 일어나고 있지만 이심률이 너무 작아서 거의 원과 같은 궤도를 돌면 관측이 어렵고 명왕성처럼 이심률이 커도 태양에서 너무 멀면 근일점이 이동하는 양이 너무 많아진다고 한다.

관측

태양과 가깝이 때문에 일출 혹은 일몰 때만 잠깐 볼 수 있다고 한다. 그러므로 수성을 관측하기는 매우 어렵다. 제대로 보기 위해서는 개기일식 때가 가장 좋지만 개기일식 때도 제대로 보기는 힘들다고 한다. 관측이 어려움이 있기 때문에 생애 한 번도 수성을 보지 못하는 천문학자들도 많다고 한다.

수성을 볼 수 있는 가장 쉬운 방법은 4개월에 한번 찾아오는 수성의 동방 최대이각을 전후한 며칠 동안에 서쪽 하늘이 트인 곳에서 해 질 녘에 서쪽하늘을 보는 것이다. 깜깜해지기 전에 봐야 보기가 쉽다고 한다. 수성은 매우 밝아서 깜깜해지기 전이라도 육안으로 충분히 볼 수 있다고 한다.

무인 우주탐사선을 보내기도 매우 어려운 행성이다. 수성에 도달하는 것 부터가 매우 힘들고 지구에서 수성으로 가기 위한 공전 모멘텀을 이용한 우주비행 코스를 계획하기도 매우 어렵다고 한다. 오히려 지구에서 더 먼 곳에 있는 목성으로 우주선을 보내는 것이 더 쉽다고 하는 말도 있다. 

게다가 수성의 착륙은 더욱 어렵다. 왜냐하면 수성까지 간 우주선을 감속하기가 매우 어렵기 때문이다. 그래서 메리너10호는 일단 수성에 근접하며 지나친 후 수성을 공전하는 위성 궤도에 진입한 것이 아니라 태양을 공전하는 궤도에 진입해야 했다. 이 상태에서 수성에 가까워질 때마다 수성을 관측하는 방법으로 수성을 관측했다고 한다.