태양계 이야기 8 - 목성

1. 목성의 일반적 특징

 목성은 태양계에서 태양을 제외하고 가장 큰 천체이다. 그 부피는 무려 지구의 1317배이고, 질량도 지구의 318배나 된다. 이 거대한 행성의 질량은 다른 태양계 행성을 다합친 것보다 2배 이상이다. 그러나 이러한 목성도 태양에 비하면 천분의 1에 불과한 질량을 가지고 있다.

 (목성의 3색 칼라 영상 - 아래 작은 위성이 가니메데이다)

 목성의 크기가 감이 안오실 분들을 위해 검색 중 발견한 재미있는 그림을 담아본다.

 (앞에서도 본 그림인 지구와 내행성들의 크기 비교다)

 (이제 목성, 토성, 해왕성, 천왕성을 포함시켰다 - 목성은 지구 지름의 11배나 된다)

(이제 태양과의 크기 비교이다 ^^)

 목성부터 토성, 천왕성, 해왕성들은 거대 가스 행성으로 분류하는데, 이들은 내부에 거대한 고체 핵이 있고, 그 주위에 비교적 밀도가 낮은 가스가 뭉쳐 있는 형태로 생각된다. 밀도가 낮아서 비록 지구의 1/4 정도이지만 주로 기체이면서도 중력때문에 뭉쳐서 밀도는 물보다 높은 1.326 g/㎤ 이다. (그러나 가스 행성 중 밀도가 가장 높은 행성은 목성이 아니라 해왕성이다)

 주 구성 성분은 태양과 비슷하기 때문에 아마 태양계가 형성될 때 남은 가스들이 목성을 형성하는데 사용된 것으로 보인다. 다시 말해 주 성분은 수소이며 약간의 헬륨이 포함되어 있다. 현재까지 연구에 의하면 목성은 수소 71%, 헬륨 24%, 그리고 나머지 기타 성분이 5% 으로 구성된 듯 하다. 내부에는 아마도 암석으로 구성된 듯한 핵이 있고, 핵 주위엔 금속 상태의 수소가 둘러싸고 있으며, 그 외각엔 액체 수소가 존재하는 것 같다. 바깥에는 수소와 헬륨, 그리고 암모니아로 구성된 대기도 있다. (아래 그림)

 목성의 특이한점 하나는 자전 속도가 매우 빠르다는 것이다. 하루가 불과 9시 55분 정도에 불과한데, 이로 인해 일어나는 특이한 현상 중 하나는 적도 부근이 부풀어 올라 있다는 것이다. 목성은 주로 기체로 구성되어 밀도가 낮은 반면 자전 속도는 가장 빠르므로 이로 인해 적도 반지름은 71400km 이고, 극 반지름은 66750km 으로 볼록한 모습의 천체이다. 목성의 공전 궤도는 태양에서 평균 5.2AU (7억 7830만 km) 정도 떨어져 있으며, 공전 주기는 11.86년이다.

2. 목성의 표면

 목성의 표면의 모습은 태양계에서 가장 아름다운 한폭의 그림같은 풍경이다. 여러개의 물감을 흔들어 풀어 엉켜있는 모습은 사실 여러개의 구름층과 목성의 빠른 자전속도가 만들어낸 모습이다.

 (목성의 대기 구조)

 목성의 대기는 갈릴레오 탐사선에 탐재된 프로브를 이용해서 탐사된 적이 있다. 이에 따르면 목성의 대기는 대류권(tropopause), 성층권 (stratosphere), 열권 (thermosphere) (지구와 달리 중간권이 없다) 로 이루어져 있으며 대류권 하부에는 각각 색이 다른 암모니아 구름 (NH3 clouds), 황화수소 암모늄 구름 (NH4HS clouds), 그리고 얼음 구름 (H2O cloud) 가 존재한다. 이들이 이렇게 아름다운 그림을 그린 것이다.

(목성에 슈메이커 레비 혜성이 충돌할 때 과학자들은 목성 대기 구조에 대해서 좀 더 지식을 얻을 수 있었다)

 (목성의 줄무늬를 구분한 것 - 밝은 부분은 zone 이라 부르고 어두운 부분은 belt라 부른다)

 또 한가지 목성의 대기에는 강력한 번개도 존재하는 것 같다. 지구의 번개보다 수천배는 강력한 것으로 생각되고 있다. 그뿐 아니다. 지구의 수천배는 강력한 목성의 자기장 때문에 목성에서는 허블 우주 망원경으로 관측이 가능할 정도의 오로라가 발생한다.

(목성의 거대한 오로라 - 사각형 안에 극지방에 밝은 부분)

(목성의 거대한 자기장 - 아래 크기를 비교하는 막대가 100만 km 에 달한다)

그러나 목성의 대기를 논하면서 거대한 대적점을 빼놓을 수 없을 것이다. 최소한 300년 이상 관측된 이 거대한 붉은 폭풍의 원인과 이것이 이렇게 오래 유지되는 이유에 대해서는 사실 아무도 정확히 모른다. 다만 이 거대한 폭풍의 크기가 지구 지름에 2배이고 태양계 최대의 폭풍이라는 점은 확실하다.

 (거대한 폭풍인 대적점)

3. 목성의 고리

 많은 분들이 목성의 고리라고 하면 다소 의아해 하실 지 모르겠다. 그러나 목성형 행성들은 모두 고리를 가지고 있다. 당연히 목성도 고리를 가지고 있지만 거대한 토성의 고리와는 달리 멀리서는 잘 보이지 않는 빈약한 고리이다.

 (목성의 고리)

 (목성 고리의 구조)

 위의 목성 고리 구조도를 보면 목성 고리도 꽤 큰 것 같지만 고리를 이루는 물질은 토성과는 비교할 수 없이 빈약하다. 한마디로 옅은 고리라서 멀리서는 보이지 않는다. 고리에 형성에 대해서는 정확히 알 수 없지만 한가지 흥미로운 이론은 사실 토성의 고리도 항상 있는 것은 아니라는 것이다.

 고리를 이루는 물질은 점차 소실되며 토성 같이 큰 고리가 있다해도 결국 시간이 지나면 없어진다. 다만 위성끼리 충돌하든지 등의 이유로 인해 고리에 물질이 공급되면 고리가 커진다는 것이다. 그렇다면 우리는 우연히 토성의 고리가 클 때 관측하고 있는 것인지도 모른다. 물론 아직까진 가설일 뿐이다.

 (다음엔 목성의 위성편 입니다)