이전에 토성의 고리 설명에서 양치기 위성 (shepherd moon) 이라는 개념을 설명드린 바 있습니다. 그것은 고리의 안쪽과 바깥쪽에서 고리와 같이 공전하며 고리를 구성하는 물질이 흩어지지 않게 하는 위성으로 고리의 가장자리를 날카롭게 유지하는 역활도 합니다.
대표적인 예는 토성의 F 링의 안과 밖에서 공전하는 프로메테우스와 판도라입니다. 이 두 위성이 토성의 F 링을 아주 얇고 가는 모양을 하도록 그 형태를 유지시키는 역활을 하고 있습니다.
(토성의 F 링과 안쪽에서 공전하는 프로메테우스 (우측), 밖에서 공전하는 판도라 (좌측) 프로메테우스는 지름 102 km 정도이고 판도라는 84 km 정도임. 동영상 http://en.wikipedia.org/wiki/File:PIA07712_-_F_ring_animation_videoquality_6_framerate_5.ogv This file is in the public domain because it was created by NASA )
목성의 경우 토성보다 훨씬 빈약한 고리를 가지고 있고 토성같이 완전하게 안과 밖으로 고리 물질이 흩어지는 것을 방지하는 양치기 위성을 가지고 있지는 않지만 그와 비슷한 역활을 하는 것으로 보이는 위성이 존재합니다. 사실 목성의 고리는 목성의 크기를 고려하면 빈약하긴 하지만 생각보다 흥미로운 특징이 있습니다. 특히 그 중에서 가장 중요한 메인 링의 밖을 도는 위성 아드라스테아 (Adrastea) 가 양치기 위성과 비슷한 행동을 하는 것으로 생각됩니다.
아드라스테아와 메티스는 목성의 가장 안쪽을 도는 작은 위성입니다. 아드라스테아는 목성 지름의 1.8 배 정도 되는 거리에서 목성 주위를 돌고 있습니다. 이 위성의 공전 주기는 너무나 빨라 목성의 자전 주기보다 빠른 7 시간 9.5 분에 불과합니다. 더구나 목성의 중력에 의한 조석력에 의해 공전 주기와 자전 주기가 동일해 한쪽면이 항상 목성쪽을 바라보고 있습니다. 크기는 20 X 16 X 14 km 정도되는 작은 위성입니다. 공전 주기가 거의 같은 메티스 역시 아드라스테아와 비슷한 특징을 가지고 있으며 그 크기만 60 X 40 X 34 km 로 약간 큽니다. 다만 불규직하게 생긴 위성이란 점은 동일합니다.
(목성의 고리. 가장 안쪽에 존재하는 메티스와 아드라스테아, 메티스는 메인 링의 약간 안쪽 1000 km 정도 목성에 가까운 거리에 존재 This file is in the public domain because it was created by NASA. )
목성의 고리의 생성 원인에 대해서 한가지 가설은 이들 위성들이 운석과 충돌하고 나서 만들어진 파편들이라는 것입니다. 그 중에서 아드라스테아는 메인 링 (Main ring, 즉 가장 주된 고리) 바로 밖에 위치해 (목성에서 12만 9천 km 떨어진 궤도) 밖에서 양치기와 같은 역활을 하고, 메티스는 1000 km 더 안쪽인 12 만 8000 km 떨어진 공전 궤도를 돌면서 고리에 무늬를 형성하는 역활을 하는 것으로 보입니다.
(목성의 메인 링을 뉴 호라이즌 탐사선이 관측한 것. 고리의 바로 가장자리 끝은 아드라스테아가 존재함 This file is in the public domain because it was created by NASA. )
목성의 고리에 대해서는 나중에 다시 언급할 일이 있을지 모르겠습니다.
천왕성은 확실하게 양치기 위성 역활을 하는 코델리아 (Cordelia) 와 오펠리아 (Ophelia) 라는 위성들이 존재합니다. 코델리아는 천왕성의 가장 안쪽에 있는 위성으로 크기는 50 X 36 X 36 km 이고 천왕성에서 평균 49750 km 정도 떨어진 궤도를 공전하고 있습니다. 공전 주기는 0.335일 정도입니다. 이 위성의 공전 주기 바로 밖에 천왕성의 엡실론 고리가 존재하고 있으며 다시 그 밖에는 오펠리아라는 위성이 존재합니다. 오펠리아는 크기가 54 X 38 X 38 km 정도이고 천왕성에서 평균 53760 km 떨어진 궤도를 공전하고 있습니다.
(천왕성의 위성 오필리아와 코델리아, 그리고 그 사이에 존재하는 입실론 고리. 위의 사진은 발견 당시의 것으로 1986U7 이 코델리아, 1986U8 이 오펠리아임. This file is in the public domain because it was created by NASA. )
(참고로 천왕성의 고리 시스템 입실론 (ε) 고리는 코델리아와 오필리아 사이에 있음 This file is in the public domain because it was created by NASA.)
해왕성 역시 고리를 지니고 있는데 위성 갈라테아 (Galatea) 와 아담 고리 (Adam ring) 가 서로 상호 작용을 하는 것으로 보입니다. 즉 위성 갈라테아가 아담 고리 안 1000 km 정도에서 이 고리에 중력을 통해 영향을 미쳐 양치기 같이 보호하는 것으로 생각되며 아마도 밝혀지지 않은 다른 위성 하나가 아담 링에 중력으로 영향을 미치는 것으로 보입니다.
(해왕성의 고리 시스템 아담 고리 안쪽에 갈라테아가 존재하면 어쩌면 고리 근처에 또 하나의 위성이 존재할 가능성이 있음 This file is in the public domain because it was created by NASA. )
이와 같은 양치기 위성은 사실 고리 시스템을 가진 행성이나 혹은 항성에서 그렇게 드물지는 않은 것으로 생각됩니다. 포말하우트 역시 거대한 먼지 디스크와 이를 중력으로 잡아주는 양치기 행성이 존재하는 것으로 의심되고 있습니다. ( http://blog.naver.com/jjy0501/100156068564 참조)
아마 외계 행성에 대한 우리의 연구가 진행되면 언젠가는 고리를 가진 외계 행성이나 혹은 양치기 위성을 발견하게 될 지도 모르겠습니다.
참고
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