외행성 목성과 토성, 기획 태양계를 이야기하다 5편

 지금까지는 내행성 화성가지 이야기를 나눠봤습니다.

 다들 아시는 것처럼 태양계의 8개 행성 중에 소행성대를 지나 외행성으로 가면 전부 기체행성이라는 것 알고 계시죠? 내행성인 암석행성보다 정말 엄청난 부피를 자랑하는 외행성들의 이야기 지금부터 시작합니다.

 

사진 : 미 항공우주국(NASA)

목성

 목성은 태양계에서 가장 큰 행성으로, 질량이 태양계 전체 행성 질량의 2.5배에 달합니다.

 '가스 거인'으로 분류되는 목성은 태양계의 형성과 진화에 중요한 역할을 했으며, 지금도 계속해서 태양계의 역학에 큰 영향을 미치고 있습니다.

 

목성의 주요 특징

1. 구성

 목성은 주로 수소(약 75%)와 헬륨(약 24%)으로 이루어져 있으며, 나머지 1%는 메탄, 암모니아, 물 등 다른 원소들로 구성되어 있습니다.

 목성은 고체 표면이 없는 대신, 깊이 들어갈수록 압력이 증가하여 수소가 액체 상태로 변하는 거대한 '바다'가 존재할 것으로 추정됩니다.

 더 깊은 곳에서는 금속성 수소 층이 존재할 것으로 예상되며, 중심부에는 암석과 금속으로 이루어진 작은 핵이 있을 것으로 생각됩니다.

 

2. 대기

 목성의 대기는 복잡한 띠 구조를 보이며, 이는 서로 다른 방향으로 움직이는 강력한 제트기류에 의해 형성됩니다.

 이 띠들은 밝은 '지역'(zones)과 어두운 '띠'(belts)로 구분되며, 목성 대기에서 가장 유명한 특징은 '대적점'으로, 300년 이상 지속되고 있는 거대한 폭풍입니다.

 대적점의 크기는 지구보다 크며, 시계 반대 방향으로 회전하고 있습니다.

 

3. 자기장

 목성은 태양계에서 가장 강력한 자기장을 가지고 있으며, 이는 지구 자기장의 약 14배에 달합니다.

 이 강력한 자기장은 목성 내부의 금속성 수소 층에서 발생하는 것으로 추정됩니다.

 목성의 자기장은 거대한 자기권을 형성하며, 이는 태양계에서 가장 큰 구조물 중 하나입니다.

 

4. 고리 시스템

 목성도 토성처럼 고리를 가지고 있지만, 토성의 고리에 비해 매우 희미하고 관찰하기 어렵습니다.

 이 고리는 주로 먼지 입자들로 구성되어 있으며, 1979년 보이저 1호에 의해 처음 발견되었습니다.

 

5. 위성 시스템

 목성은 현재 알려진 79개의 위성을 가지고 있습니다.

 이 중 가장 큰 4개의 위성(이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토)은 '갈릴레오 위성'으로 불리며, 1610년 갈릴레오 갈릴레이에 의해 발견되었습니다.

 각 위성은 독특한 특성을 가지고 있습니다

• 이오: 태양계에서 가장 화산 활동이 활발한 천체입니다.
• 유로파: 얼음 표면 아래에 액체 상태의 바다가 존재할 가능성이 있어, 생명체 탐사의 주요 대상입니다.
• 가니메데: 태양계에서 가장 큰 위성으로, 자체 자기장을 가지고 있습니다.
• 칼리스토: 태양계에서 세 번째로 큰 위성으로, 표면에 수많은 크레이터가 있습니다.

최근 연구

 2016년에 발사된 NASA의 주노(Juno) 탐사선은 목성 궤도에 진입하여 목성의 대기, 자기장, 중력장 등을 상세히 연구하고 있습니다.

 주노의 관측 결과, 목성의 대기가 예상보다 더 깊고 복잡하다는 것이 밝혀졌으며, 목성의 핵이 예상보다 더 크고 '흐릿하다'는 것도 발견되었습니다.

 또한, 주노는 목성의 오로라에 대한 새로운 정보를 제공하고 있으며, 목성의 대기에서 일어나는 복잡한 기상 현상에 대한 이해를 넓히고 있습니다.

 

 2024년 현재, 과학자들은 주노 미션의 데이터를 계속 분석하며 목성의 내부 구조와 대기 역학에 대한 새로운 모델을 개발하고 있습니다.

 특히, 목성의 핵이 어떻게 형성되었는지, 그리고 목성의 대기에서 관찰되는 복잡한 패턴들이 어떻게 유지되는지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다.

 

토성

 토성은 목성 다음으로 큰 행성으로, 아름다운 고리 시스템으로 유명합니다.

 토성 역시 가스 거인으로 분류되며, 독특한 특성들을 가지고 있습니다.

 

토성의 주요 특징

1. 구성

 토성은 주로 수소와 헬륨으로 구성되어 있으며, 목성과 마찬가지로 고체 표면이 없습니다.

 토성의 내부는 수소와 헬륨의 액체 층, 금속성 수소 층, 그리고 중심부의 암석 핵으로 이루어져 있을 것으로 추정됩니다.

 

2. 밀도

 토성은 태양계 행성 중 가장 밀도가 낮아, 물에 띄우면 뜰 수 있을 정도입니다.

 이는 토성의 구성 물질이 주로 가벼운 원소들이기 때문입니다.

 

3. 대기

 토성의 대기도 목성과 마찬가지로 주로 수소와 헬륨으로 구성되어 있고, 토성의 대기에서도 강력한 폭풍들이 관찰되며, 특히 북극 지역의 육각형 모양의 제트기류가 유명합니다.

 

4. 고리 시스템

 토성의 가장 눈에 띄는 특징은 화려한 고리 시스템입니다.

 이 고리들은 주로 얼음 입자들로 구성되어 있으며, 크기는 작은 먼지 입자부터 집채만한 덩어리까지 다양합니다.

 토성의 고리는 매우 얇아서 두께가 대부분의 지역에서 10미터를 넘지 않습니다.

 

5. 위성

 토성은 82개의 확인된 위성을 가지고 있습니다. 이 중 가장 큰 위성인 타이탄은 특히 주목받고 있습니다.

 타이탄은 태양계에서 지구를 제외하고 유일하게 두꺼운 대기를 가진 위성입니다.

 

토성의 위성 타이탄

 타이탄은 토성의 가장 큰 위성으로, 많은 과학자들의 관심을 받고 있습니다.

 타이탄의 주요 특징은 다음과 같습니다.

• 대기: 타이탄의 대기는 주로 질소로 구성되어 있으며, 메탄도 포함하고 있습니다. 이 대기는 지구의 대기보다 더 두껍습니다.
• 액체의 존재: 타이탄의 표면에는 메탄과 에탄으로 이루어진 호수와 바다가 존재합니다. 이는 지구 외의 천체에서 발견된 유일한 액체 상태의 표면입니다.
• 생명체 가능성: 타이탄의 환경은 초기 지구와 유사한 점이 많아, 생명체가 존재할 가능성이 있는 천체로 여겨지고 있습니다.

최근 연구

 2004년부터 2017년까지 진행된 카시니-하위헌스 미션은 토성과 그 위성들에 대한 많은 정보를 제공했습니다.

 특히 2005년, 하위헌스 탐사선이 타이탄에 착륙에 성공하여 타이탄의 대기와 표면에 대한 귀중한 데이터를 수집했습니다.

 2024년 현재, NASA는 2026년 발사 예정인 드래곤플라이 미션을 준비 중입니다.

 이 미션은 타이탄의 대기와 표면을 더욱 자세히 조사할 예정이며, 특히 타이탄의 대기에서 일어나는 복잡한 화학 반응과 표면의 액체 메탄 순환에 대해 연구할 계획입니다.

 

 또한, 토성의 고리에 대한 연구도 계속되고 있습니다.

 최근 연구에 따르면 토성의 고리는 비교적 최근에 형성되었을 가능성이 있으며, 앞으로 수백만 년 내에 사라질 수도 있다는 주장이 제기되고 있습니다.

 이는 행성계의 역동적인 변화를 보여주는 흥미로운 예시입니다.

 

 목성과 토성은 태양계의 거대한 가스 행성들로, 지구형 행성들과는 매우 다른 특성을 보여줍니다.

 이들에 대한 연구는 행성계의 형성과 진화에 대한 우리의 이해를 크게 넓혀주고 있으며, 특히 이들의 위성들은 생명체 존재 가능성이 있는 환경을 제공할 수 있어 외계 생명체 탐사의 주요 대상이 되고 있습니다.

거대하고 영롱한 저 빛은 별이 아니다. 800년 만에 만난 목성과 토성이다 (사진 9장)