태양계 각 행성들의 특징

----------------------------------------------------------------------------------------

• 지름 : 1,390,000 km.
• 질량 : 1.989e30 kg
• 온도 : 5800 K(kelvin) (표면)
         15,600,000 K(kelvin) (핵)

태양과 흑점

태양은 달이나 지구에 비해 엄청나게 큰 별이다. 태양계에 존재하는 아홉개의 행성은 모두 합쳐도 태양 무게의 700분의 1밖에 되지 않는다. 태양계 전체 질량의 99.8%가 태양이고 나머지의 대부분이 목성이다. 태양은 전체 질량의 75%가 수소이고 25%가 헬륨으로 이루어져 있다.
태양은 거대한 가스 덩어리로 이루어져 있으며, 이 가스의 대부분은 수소로, 태양의 중심에서는 계속해서 수소가 헬륨으로 만들어지는 반응이 일어나고 있다. 이것을 우리는 핵융합 반응이라고 하는데 여기서 생기는 많은 양의 에너지 때문에 태양이 빛을 내고 뜨겁게 타오를 수 있는 것이다.
핵융합 반응이 일어나는 태양의 중심 부분 온도는 대략 1500만 도로 무척 높으며, 기압은 4000억 기압 정도라고 한다. 태양 표면의 온도는 대략 6000도 정도이며, 표면에는 어둡게 보이는 흑점(Sunspot)들이 있다. 흑점의 모양은 둥근 종류가 가장 많고 복잡한 구조를 가진 것들도 많다. 흑점 중에서 가장 큰 것은 지름이 무려 3만킬로미터(지구의 2배 정도)나 된다고 한다. 흑점이 검게 보이는 이유는 이 부분의 온도가 주위에 비해 1000도 가량 낮기 때문이다. 그래도 흑점의 온도는 5000도 정도로 무척 높은 편이다.
태양 표면에는 왜 흑점이 생기는 것일까? 흑점은 태양의 자기장때문에 만들어진다고 한다. 지구나 태양은 하나의 거대한 자석이기 때문에 남북으로 길게 자기장이 뻗어 있다.
태양은 대략 27일에 한번씩 자전을 한다. 그러나 이 자전 속도는 태양의 적도에서는 빠르며, 양 끝으로 갈수록 느려진다. 원래 태양의 남북으로 길게 뻗어있는 자기장이 적도에서는 빠른 자전 속도로 인해 동서 방향으로 길쭉하게 늘어나게 되는 것이다. 이렇게 생긴 동서 방향의 자기장이 태양 표면에 나타난 것이 바로 흑점이다. 흑점은 매년 일정하게 발생하는 것이 아니라 11년을 주기로 해서 적게, 혹은 많이 나타난다.

코로나(Corona)

개기일식 즉 태양이 달에 의해 완전히 가리어졌을 때는, 달이 없는 밤처럼 깜깜해야할 것 같으나 실지로는 만월 때 정도의 밝기를 유지하고 있다. 그것은 태양 면이 가리우어져도 태양을 둘러싸고 있는코로나 때문이다. 코로나에 대한 학자들의 연구에도 불구하고 아직도 의문점이 남아 있는 현상으로 알려져 있다.
코로나는 모든 방향으로 균등한 모양을 하고 있는 것이 아니고, 어느 방향의 것은 폭이 두텁고 다른 방향의 것은 폭이 엷게 되어 있다. 개기일식의 짧은 시간 동안에는 '코로나'의 모양이 변할 수는 없지만, 개기일식 때마다 그 모양이 다르게 나타나므로 코로나의 모양은 변화하는 것이다. 또 코로나의 끝 부분은 줄과 같은 무늬가 보이기도 한다.
개기일식 때 '코로나'를 그대로 관찰해서는 별로 특이한 것을 발견할 수 없고, 분광기를 사용하여 분석한 결과에 따르면, '코로나'의 온도가 태양 표면으로부터 2,000 Km의 거리부터 급격히 올라가며, 4,000 Km 부터는 그 온도가 무려 100만도 K에 이른다.
태양 표면의 온도가 6000도K 정도이므로 태양이 단순한 불덩어리라면 태양으로부터 거리가 멀어질수록 온도가 낮아지는 것이 상식이며, 열역학적법측이다. 그럼에도 불구하고 이처럼 태양으로부터 멀어질수록 온도가 높아지는 이유는 무엇일까? 열이라는 것은 온도가 높을 곳으로부터 온도가 낮은 곳으로만 이동하는 것이지 반대방향으로 이동하지는 않는 것이므로, '코로나'의 높은 온도는 태양표면에서 유래할 수는 없다고 보아야한다.
그것을 설명하기 위한 '충격파이론'이 있다. 이 현상을 비유를 써서 설명해보면, 우리의 체온은 37도C에 불과하지만 손바닥끼리 세게 비비면 체온보다도 상당히 뜨거워지는 것을 알 수 있다. 마른 나무를 세게 마찰하면 불을 얻을 만치 온도를 올릴 수 있다. '코로나'에서도 그와 유사한 물리현상이 나타난다고 생각할 수 있다는 것이다.

홍염(紅炎, prominence)

태양의 곳곳에서는 태양 내부로부터 맹렬한 힘으로 분출된 물질이 표면 높게, 때로는 수 10만 Km에 달하는, 여러 가지 모양의 불기둥이 나타나는데, 이것을 홍염이라 한다. 그러나 관찰자를 향해서 치솟은 홍염은 관찰하기 어렵고, '개기일식' 때 태양의 표면이 달에 의해 완전히 가리어질 때 시선 방향과 직각인 방행에 때마침 나타난 홍염의 모습이 포착되는 수가 있다.

쌀알무늬(granule)

태양의 표면을 특수촬영 해 보면, 균등한 밝기를 하고 있는 것이 아니라, 쌀알과 같은 작은 무늬로 전체가 덮여 있는 것을 볼 수 있다. 작다고 하지만 실지로는 그 지름은 200-300 Km나 된다. 이런 무늬가 왜 나타날까? 태양의 내부는 표면보다 훨씬 뜨거울 것이고, 뜨거운 것은 부피가 커지니까 위로 올라오는 소위 '대류(對流)'현상이 나타나서, 내부의 물질이 분수처럼 태양 표면 위로 치솟아 올라오는 것이다. 올라오는 물질은 뜨거우니까 더 밝게 보이고, 올라 왔다가 내려가는 것은 약간 온도가 낮아지니까 올라오는 부분보다 약간 어둡게 보이기 때문에 쌀알무늬가 나타나는 것이다.

태양풍(solar wind)

코로나 속의 높은 온도 때문에 그곳에 있는 수소와 같은 기체 원자는 그것을 구성하고 있는 '전자'와 그 핵 즉 '양자'가 따로따로 분리될 수 있어서, 기체와는 다른 소위 '프라스마(plasma)'를 형성한다. 이 프라스마는 태양의 높은 온도 때문에 아주 빠른 속도로 움직이게 되는 것이며, 일부는 태양으로부터 멀리 떨어지는 방향으로 튀어 나와서 우주공간을 비행하게 된다. 이 프라스마의 흐름이 바람과 비슷하여서 '태양풍'이라 부르며, 실지로 이 '태양풍'은 가벼운 물질을 한쪽으로 밀어붙이는 압력을 나타낼 수 있다. 혜성의 꼬리가 항상 태양과는 반대방향으로 향하는 것은 태양풍의 압력 때문이다. 또한 북극이나 남극에 가까운 곳에서 밤 하늘에서 관측되는 아름다운 '오로라'는 태양풍 때문에 나타나는 현상이다. 태양풍은 전자와 양자의 흐름이기 때문에 지구의 자력의 영향을 받아서 지구의 북극이나 남극의 지자극 쪽으로 방향이 쏠리게 되며, 공기가 희박한 대기권의 상층(80-240 Km)의 공기 분자와 충돌한 결과 빛을 발생해서 나타나는 현상이다.

핵융합반응-열핵반응 (Thermonuclear reaction)

핵융합반응을 열핵반응이라고도 하며, 모든 항성은 열핵반응으로 에너지를 만들어내고 있는 것이다. 수소 원자는 하나의 핵(양 자)을 중심으로 한 개의 전자가 전자운을 형성하여 핵을 싸고 있기 때문에, 다른 입자가 핵에 접근하기란 거의 불가능하다. 즉 보 통 때에는 수소의 핵과 핵이 서로 접근할 수 없으므로 핵이 융합할 수는 더욱 없다.
물질 원자의 온도가 100만 도K를 넘으면, 전자가 핵에서 떨어져 나와 전자와 양자가 따로따로 운동을 하게된다. 이와 같은 상태를 '프라스마'라 하며, 이런 상태 하에서 비로소 핵과 핵이 서로 접촉할 가능성은 있으나, 핵 자체가 서로 융합되지는 못한다. 핵융합이 일어나려면 훨씬 높은 온도인 1,000만 도K를 초과해야한다. 온도가 그처럼 높으면 핵의 운동 에너지가 굉장히 크기 때문에 핵과 핵이 충돌을 일켜서 핵융합이라는 사건이 나타날 수 있게 된다.

P-P 반응

태양의 중심온도가 어떤 한계의 도달하면, 4 개의 수소 핵(양자, proton)이 융합반응을 일으키게 되는데, 양자 2 개와 중성자 2 개 가 하나로 뭉쳐서 새로운 핵을 만들고 2 개의 전자가 주위에 전자운울 만들게 된다. 이것이 헬리움(He)이다. 이와 같은 핵의 반응을 P-P 반응이라 하며, 보통 물리학에서는 볼 수 없는 특이한 현상이 일어난다. 즉 반응의 전후에 질량이 감소한다는 것이다.
1 g의 수소가 핵융합반응을 일으키면 만들어진 헬리움의 질량도 1 g가 되어야하는 것인데, 0.993g 밖에는 되지 않는다. 0.007g의 질량은 어데로 갔는가? 이 감소된 질량의 부분이 바로 '에너지'로 변했기 때문이다. 즉 소멸된 질량은 고스란히 에너지로 변신할 수 있는 것이다. '물질의 질량과 에너지는 등가(equivalent)'이다. 질량과 에너지가 서로 다른 것이 아니라 일정한 방정식에 의해 서로 교환될 수 있다는 것이다. 이것은 아인슈타인(A. Einstein)의 상대성 이론에서 유래한 유명한 결론이다.
이 방정식이란, E = mc²이며, E는 에너지(erg), m는 질량(g), c는 광속(3 * 10¹³ cm/sec)이다. 위의 질량감소 0.007g을 이식에 대입해보면 E = 0.007 * (3*10¹⁰)² = 6.3 * 10¹⁸ erg= 6.3 * 10¹¹ joule = 175,000 Kw/hr. 태양이 방출한 에너지의 총량은 초당 2 * 10³³ erg이며, 지구에 도달한 에너지는 이것의 1/(5억) 정도이다.
열핵반응에 관여한 중심부 태양의 질량은 전체의 약 12 %이고 나머지는 융합반응 부분을 둘러싸고 있다. 태양에서 일어나는 열 핵반응의 속도, 즉 시간당 소멸되는 수소의 질량을 알 수 있으므로 태양의 나이와 수명을 추정할 수 있다. 태양의 현재의 나이는 약 100억 년이고, 앞으로 100억 년의 여명을 가지고 있다고 추정하고 있다.

태양의 미래

태양 질량의 90 %가 수소이고 9 %가 헬리움으로 되어 있는데, 시간이 지나면 수소는 점점 감소하고 대신에 헬리움은 많아진다. 헬리움의 핵이 융합하여 다른 원소가 되는 핵융합반응을 일으키려면 온도가 더 높아야하며, 이것은 헬리움이 더 압출됨으로서 이루어질 수 있다.
태양의 중심부의 온도가 높아지면 태양의 거죽의 층은 서서히 팽창하기 시작하여, 원래의 태양의 지름의 100배까지 커진다. 표면온도는 떨어져서 3,500도 K 정도에 이른다. 온도가 떨어지면 태양의 색이 붉어지며, 이것이 '적색거성(Red giants)'이 된 것이다. 오리온자리(Orion)의 베텔기우스(Betelgeuse)은 육안으로도 붉게 보이는 적색거성의 보기이다.
핵융합반응의 원료가 점점 없어지면 태양은 다시 축소하기 시작하여 원래의 크기와 표면온도에로 회복한다. 그러나 부피가 점점 작아져서 결국 밀도가 높고, 표면온도가 40,000도 K에 이르는 백색왜성(White dwalfs)이 된다. 시간이 더 지나면, 표면온도와 광도가 떨어져서 외부에서는 보이도 않게 되어버리며, 이것이 태양 또는 항성의 종말인 것이다.

----------------------------------------------------------------------------------------

• 궤도 : 57,910,000 km (0.38 AU) from Sun
• 지름 : 4,880 km
• 질량 : 3.30e23 kg
• 공전 주기 : 87.969 일
• 자전 주기 : 58.646 일
• 평균 밀도 : 5.42 g/cm³
• 표면 중력 : 지구의 0.38배
• 탈출 속도 : 4.3 km/sec
• 평균 표면 온도 : 낮 350도C, 밤 -170도C

수성(Mercury)의 이름은 그리스-로마 신화의 발이 빠른 전령의 신인 머큐리(Mercury, 헤르메스 Hermes라고도 함)의 이름을 따서 붙였다.
수성은 해 뜨기 2시간 전과 해가 진 후 2시간 사이에만 하늘에 나타나는데, 이것은 수성의 최대 이각이 28도 밖에 안 되기 때문이다. (최대이각 : 내행성이 태양에서 가장 멀리 벗어날때 이루는 각도) 그러므로 지구에서 망원경으로 수성을 관측하기가 매우 어렵다.
수성은 지구처럼 밀도가 큰 철핵 주위를 밀도가 낮은 암석물질 맨틀이 둘러싸고 있다. 그러나 지구의 핵이 지구 반지름의 반 정도인데 비해 수성의 핵은 반지름의 3/4이 넘는다. 수성은 이와 같이 철이 풍부한 핵을 갖고 있지만 수성의 자전 속도는 지구에 비해 매우 느리기때문에 액체상태의 철핵이 회전하여 자지장이 생긴다 하여도 그 세기가 극히 미약하다. 그러므로 수성은 지구 자기장의 1/100의 세기의 약한 자기장을 갖는다.
수성은 태양과 너무 가까이 있어 지구의 7배나 되는 태양열을 받는데다가 한번 낮이 시작되면 30일이나 계속된다. 게다가 크기가 작아 높은 열에너지를 가진 기체 분자를 붙잡아 둘 만큼 중력이 강하지도 못하다. 게다가 태양풍도 수성의 대기를 제거하는데 한몫을 했을 것이다. 대기가 거의 없기 때문에 기온차도 매우 크다(100-700 K).

수성의 표면 상태

수성에 대기가 없는 것은 아니다 아주 희박해서 지구의 1/1000에 불과하다. 그래도 우리의 달에 비하면 대기가 많은 셈이다. 물도 없는데다가 긴 낮에는 온도가 섭씨 340도나 되고, 긴 밤에는 영하 120도나 된다니까 생명이 존재하기 매우 곤란하다 할 것이다. 수성의 표면은 1973년부터 74년까지 Mariner 10 인공위성의 접근에 의해 탐색되었는데, 그 표면은 달(Moon)의 표면처럼 평탄치 않고 무수한 '크레이터(웅덩이)'로 덮여 있으며, 이것들은 오랜 시간 동안 많은 운석의 충돌에 의해 생긴 것이 확실하다.
그러나 달의 표면과 다른 점도 있다. 수성의 표면에는 수백 km에 달하는 절벽이 있는데, 이것을 스카프(scarp)라고 하며, 생성 초기에 뜨거운 행성 상태에서 갑자기 식으면서 수축하는 과정에서 생겨난 지표의 주름이다.
그리고 마리너 10호가 보내온 사진들을 분석하던 과학자들은 수성의 적도 바로 남쪽의 특정지역에서 울퉁불퉁한 언덕들이 촘촘이 모여 있는 것을 발견하였다. 그런데 이 지역과는 정 반대쪽에는 지름 1300 km에 달하는 거대한 분지가 있다. 이 곳을 칼로리스(Caloris) 분지라고 부르는데, 거대한 유성체가 충돌하여 형성된 것으로 보인다. 이 때의 충격으로 수성에는 대지진이 일어났고, 그 지진파들이 전달되어 행성의 정반대편에서 초점을 이루는 부분에 언덕들이 생겨났다고 지질학자들은 추정한다.

수성의 자전과 공전

1880년대 이탈리아의 스키아파렐리는 수성은 '자전 주기와 공전 주기가 같은 동주기 자전을 하고 있다.' 라고 주장하였다. 그러나 1965년 푸에르토리코의 아레시보 전파 망원경에서 수성에 강한 전파를 쏘아 그 반사파를 포착함으로서 수성의 정확한 자전 주기를 알아 내었다.
수성인 자전을 하면 한쪽면은 지구를 향해 다가오므로 거기서 반사된 전파의 파장은 줄어들고, 지구에서 멀어져 가는 반대쪽 면에서 반사된 파장은 늘어난다. 이때 발사한 전파의 파장이 늘어나거나 줄어든 비율을 측정함으로서 수성의 자전 속도를 계산 할 수 있다.
이렇게 해서 얻은 수성의 자전 주기는 59일 +- 5일이었다. 그리고 매리너 10호가 수성을 지나가면서 측정한 수성의 자전 주기는 58.66일로 밝혀졌다. 그런데 이 값은 정확히 수성의 공전 주기(87.969일)의 2/3가 되는 값이며, 수성은 태양 주위를 두바퀴 도는 동안에 스스로는 세 바퀴 자전을 하게 된다.

수성의 태양면 통과

수성 관측의 또다른 묘미중의 하나는 태양면 통과이다. 가장 최근의 태양면 통과는 93년 11월 6일에 있었는데 우리나라에서도 여러 사람들이 관측을 준비 했으나 날씨가 좋지않아 아쉬움을 남겼었다.
만약 수성이 지구와 같은 공전 궤도면을 돈다면 내합일때 매번 태양면 통과를 볼 수 있을 것이다. 그러나 수성의 궤도면은 지구에 비해 7°정도 기울어져 있으므로 지구에서 보는 수성은 태양의 위나 아래에 놓이게 된다. 결국 태양면 통과를 볼 수있으려면 지구가 수성의 궤도면과 교차하는 시기에 내합이 일어나야 한다. 그 교차시기가 1년중 11월 9일과 5월 7일에 해당되므로 이 때를 전후하여 지구와 수성이 내합이 되면 비로소 태양면을 가로지르는 검은점 모양의 수성을 볼 수있다.

----------------------------------------------------------------------------------------

• 궤도 : 108,200,000 km (0.72 AU) from Sun
• 지름 : 12,103.6 km (지구의 0.949배)
• 질량 : 4.869e24 kg (지구의 0.815배)
• 공전주기 : 224.70 일
• 자전주기 : 243.01 일
• 평균 밀도 : 5.25g/cm3
• 표면 중력 : 지구의 0.903배
• 탈출 속도 : 10.3km/sec
• 평균 표면 온도 : 750 K (=480도C)

금성의 표면

금성은 아주 두터운 대기층을 가지고 있고, 태양광선의 반사율이 80 %나되어 -4등급까지 보인다(지구는 30 %에 불과). 금성이 그처럼 밝게 보이는 이유는 그것이 지구에 가깝다는 것 외에 이와 같이 반사율이 높은 구름으로 덮여 있기 때문이다.
금성의 신비를 규명하기 위해서 미국에서는 1962년에 '마리나 2호(Mariner 2)' 탐사선을, 소련은 1970년 '베네라(Venera)'호를 금성에 연착륙시킨데 성공하여, 금성의 표면 상태는 상당히 자세히 알 수 있게 되었다. 대기의 95 %는 이산화탄소(CO₂)이고 산소는 0.1 %정도이고, 온도는 460도C나 되고, 기압은 지구표면의 90배나 되고, 황산의 비가 내리고 있다.

금성의 자전과 공전

금성의 공전주기는 224.7일이라는 것은 옛날부터 알려졌으나 자전주기는 잘 알 수 없었다. 그 이유는 금성은 망원경으로 보아도 아무런 특징이 없기 때문에 어떻게 회전을 하고 있는지 알 수가 없었다. 그것은 금성은 항상 두터운 구름에 덮여 있기 때문인데, 근년에 이르러 전파망원경이 개발되어서, 전파를 금성에 쏘아서 반사되어 온 전파를 분석해 보니까, 금성에도 산과 골짜기가 있어서, 그것을 분석한 결과 그 자전주기가 243.1 지구일(먼 항성 기준의)이라는 것을 알게 되었다. 즉 금성의 하루는 자신의 1년보다 길다는 것이고, 더욱 괴상한 것은, 다른 행성들은 모두 공전과 자전의 방향이 같은데, 금성은 그것이 반대이라는 것이다.
또 다른 행성들은 그들의 적도면과 공전궤도(황도)면과의 경사는 30도 미만인데 반해 금성은 88도 즉 거의 직각이라는 것이다. 금성은 황도면에 누어서 태양을 돌고 있는 셈이다.(천왕성은 89도)

화산활동(Volcanism)

금성 (Venus) 의 80% 이상이 용암류(Lava flow) 와 평원 (Plain) 과 다른 화산지형으로 덮혀 있다. 금성은 지름이 12마일 (mile) 또는 그 이상 되는 화산(Sif Mons)이 430개 정도이고 그보다 규모가 작은 것이 수만개이다.
탐사선 마젤란호는 거미줄 모양의 단열(Fracture)에 의해 둘러싸인 Arachnoids 을 촬영했다. Coronea 라 불리우는 원모양의 지형과 비슷하나 , Arachnoid 는 지면을 깨진것처럼 야기시키는데 마그마가 지표밑에서 상승할 때 대부분 형성된다. 마그마의 냉각과 후퇴는 가운데 부분의 붕괴를 가져온다.
Aphrodite Terra 의 북쪽 Meandering 은 폭이 1 마일 길이가 4225 마일인 수로(Channel) 이다. 아마도 용암에 의해 암석지각 (Rocky crust) 가 녹아서 형성된 것으로 추측된다.

The Fires Below

Oven 에서 구운 것처럼 보이는, 소위 Pan-cakes 라는 가파른 면을 지닌 Volcanic Dome 은 보이는 것처럼 외계인이 아니다. 캘리포니아 주에는 지각을 통해서 흘러 나오는 용암에 의해서, 원형 모양으로 마그마가 퍼져서 냉각되는 것에 의해 생긴 이와 유사한 구조가 있다. 차이점은 지구의 화산지역은 식물이 자라고 바람과 물에 의한 풍화를 받는 점에 있다. 생명이 없는 금성에서의 Lava structure 는 다른 지질학적 사건에 의해 바뀌기 전까지는 그대로 유지된다. 예를 들어, 새로 생긴 Pan-cakes 은 먼저 생성된 것과 거의 똑같다. 따라서 금성에 관한 연구를 함으로써, 지질학자들은 시간의 효과를 감안하여 우리 지구의 복잡한 화산활동의 역사를 알 수 있다.
금성은 Volcanic formation 의 종류가 많다. 행성 내부에서 방사성 붕괴로 인하여 생기는 열 (heat) 은 녹인 암석의 광맥을 만든다. 마그마의 온도, 성분, 가스 함유물이 용암의 유동성 (viscosity) 를 결정한다. 이러한 것이 formation 의 크기와 모양을 결정하는데 도움이 된다.

----------------------------------------------------------------------------------------

• 궤도 : 149,600,000 km (1.00 AU) from Sun
• 지름 : 12,756.3 km
• 질량 : 5.9736e24 kg
• 밀도 : 5.515 g/cm3
• 자전 주기 : 23.9345 시간
• 공전 주기 : 365.256 일
• 탈출 속도 : 11.18 km/s

우리가 사는 지구!

태양계의 9개 행성중 유일하게 그리스-로마 신화에서 이름을 따오지 않은 행성이다. 지구(Earth)라는 말은 오래전 영어와 독일어에서 나왔다. 지구가 태양계내의 행성중의 하나라고 인식하기 시작한 것은 16세기 코페르티쿠스 이후부터 이다.

지구는 여러 층으로 구성되어 있다. 핵은 철 또는 철과 니켈로 구성되어 있을것이라 생각되어 지며 그 온도는 태양의 표면 온도보다 높은 7500K 이상일 것이라 추측된다. 하부맨틀은 대부분 규소로 이루어져 있으며 마그네슘과 산소, 철, 칼륨, 알루미늄 등으로 이루어져 있다. 상부맨틀은 감람석과 휘석으로 되어있다. 지구를 구성하는 화학물을 질량비에 의해 나누면 다음과 같은 비가 된다.

지구의 구성

지구 천제 표면의 71%가 물로 덮혀 있다. 지구는 액체상태로 표면에 물이 존재하는 태양계 내의 유일한 행성이다. 비록 Titan의 지각 아래에 물이 있을지도 모르지만.
지구의 대기는 질소가 77%, 산소가 21%, 그리고 나머지는 아르곤, 탄소, 수증기들로 이루어져 있다.

지구의 위성

지구는 자연적인 위성, 달(The Moon) 하나만을 가지고 있다. 그러나 소행성 3753(1986 TO)이 지구와 함께 복잡한 궤도를 돌고 있다는 것이 밝혀졌다. 그러나 이것을 위성이라 부르지는 않고 Companion이라 부르고 있다.

----------------------------------------------------------------------------------------

• 궤도 : 381억cm from Earth
• 지름 : 3476 km
• 질량 : 7.35e22 kg
• 밀도 : 3.34 g/cm3
• 공전 주기 : 27.32166 일
• 자전 주기 : 27.32166 일
• 음력 주기 : 29.53059 일
• 표면 온도 : 낮 107 도C, 밤 -153 도C

인류의 꿈, 달

1609년에 갈릴레이는 원시적인 망원경을 통하여 달의 어두운 부분, 즉 바다와 수많은 구덩이와 산들로 이루어진 밝은 지형을 구별하였다. 대부분의 관측자들이 망원경으로 처음 접하게 되는 것은 바로 달이다.
1959년 소련의 인공위성인 Luna 2호에 의해 처음 달(The Moon)을 방문하게된 인류는 1969년 7월 20일 드디어 달에 첫발을 내딪었다. 그후 1972년 12월까지 여러 차례 달에 인간이 방문하였다. 1994년 여름, Clementine 무인 우주선에 의해 달의 모든 부분이 자세히 지도로 만들어지게 되었다.
달에는 공기도 물도 없기 때문에 그리고 낮과 밤의 길이가 지구보다 굉장히 길기 때문에, 월면에서의 밤과 낮의 온도 차이는 엄청 난 것이다. 태양이 보름 동안이나 내려 쪼이는 낮에는 온도가 섭씨 100도까지 올라가고, 긴 밤 중에는 몹시 추워서 영하 150도나 된다. 그러니까 달의 탐험은, 어둡고 추운 달의 밤 동안에는 곤란하고, 머리 위에서 태양이 내려 쪼이는 낮(만월)은 너무 더워서 곤란하니까 달의 아침에 해당하는 시기에 달에 착륙하도록 미리서 계획을 세워야한다.
아폴로와 루나 계획에 의해 모두 382kg의 월석을 지구로 가져왔다. 이것은 달에대한 자세한 지식을 제공해준다.

달표면에 있는 지형들

바다(Mare)
달을 보았을때 토끼모양 처럼 얼룩무늬로 보이는 지역을 [바다]라고 한다. 이 지역이 어두운 색조를 띠는 이유는 현무암질의 용암대지로 되어 있기 때문이다. 17세기초에 관측자들은 이들 어두운 지역이 물로 가득 차 있을 것으로 믿고 '바다'라는 잘못된 이름을 지었던 것이다. 바다 지역은 대체로 매끈한 평원처럼 보이는 데 그 안에는 1km 내외의 작은 분화구들이 분포 되어 있다. 그 형태는 대체로 커다란 원형으로 되어 있고 그 가장자리에는 산맥들이 둥그렇게 감싸듯이 발달해 있다. 이런 이유로 바다는 과거에 커다란 분화구였으나 지각의 갈라진 틈사이로 용암이 흘러나와 바닥을 매끈하게 채운 것이라고 믿고있다. 따라서 이들 지역의 나이는 약 35억년으로 대륙보다 젊은 것으로 알려져있다. 달의 앞면에서는 바다가 31.2%의 면적을 차지하고 있는 반면에 우리에게 보이지 않는 뒷면에서는 그 면적이 2.6%로 밖에 되지 않는다.

대륙(고지대)
달표면에서 바다를 제외한 지역으로 바다보다 밝은 색조를 띠고 있는 고지대를 '대륙'이라고 한다. 이 곳에는 각양각색의 분화구들이 빽빽하게 밀집되어있다. 대륙에 분포된 암석들은 칼슘(Ca)과 알루미늄(Al)이 많이 들어있기 때문에 상대적으로 밝게 보인다고 한다. 대륙의 나이는 바다보다 훨씬 많아서 대략 46억년 쯤으로 추정되는데 이는 태양계의 나이와 비슷한 것이다.

분화구
달에서 매우 흔한 지형은 분화구일것이다. 분화구는 그 대부분이 유성의 충돌로 생성되었는데 이외에도 화산이 폭발하거나 표면이 움품 꺼져내려서 생성되기도 한다. 달은 아주 오래전에 유성들의 집중포화를 맞았는 데 유성이 달 속으로 파고 들면서 표면을 파헤치고 구덩이를 만들어내었다. 이때 튕겨져 나온 물질들이 사방으로 퍼져서 빛줄기(광조)를 만들기도 했다. 실제로 반반한 모래에 돌멩이를 세게 던지면 이와 비슷한 구덩이가 만들어지는 원리와 같다. 이렇게 생성된 분화구들은 평평한 바닥과 뾰족하고 둥근 테두리를 갖고 있으며 중앙에 봉우리를 가지고 있는 것도 있다. 달 표면에는 서울시가 수십개나 들어갈 수 있는 크기(60-300km)의 분화구들이 234개나 있다고 한다.

산맥
험산준령이 치닫는 달의 산맥들은 지구의 산맥들보다 웅장함을 보이고 있다. 특히 [비의바다] 가장자리에 있는 산맥들은 비의바다를 형성시킨 분화구 테두리중의 일부라고 생각된다. 유성의 충돌 후 용암이 흘러들때 이 부분은 잠기지 않고 산맥으로 남은 것이다. 이외에도 달의 내부 압력으로 표면이 융기되거나 겹쳐져서 산맥을 만들어 내기도 한다. 산맥에는 지구에 있는 산맥들의 이름을 그대로 본따서 지은 것들이 많은데 그중에서 아펜니노 산맥, 코카서스 산맥, 알프스 산맥, 유라 산맥등은 그 대표적인 예이다.

계곡
지구에서와 같이 달에도 계곡이 있다. 작은 것에서부터 너비가 30km에, 길이가 500km나 되는 거대한 것까지 다양한 계곡들이 달표면에 분포한다. 유성이 달에 비스듬히 충돌하여 표면을 깍아냄으로써 만들어지기도 하고 충돌에서 튕겨져나온 바윗덩어리들이 표면을 긁고 지나감으로써 만들어지기도 한다. 알프스 계곡과 레이타 계곡이 그 대표적인 예이다.

절벽
'구름의 바다'에 있는 [직선 벽]이 절벽의 좋은 예일 것이다. 절벽은 매끈한 바다지역에 끊어지듯 기다랗게 형성되는 데 이는 불안정한 시기에 얼음이 꺼지듯이 한쪽 지면이 내려앉음으로써 생성된 단층지형인 것으로 믿어진다. 덧붙여 말하면 이들 절벽은 대부분이 그 이름처럼 깍아지른 듯한 지형이 아니고 매우 완만한 경사를 이루고 있다.

열구(Rille)
달 표면에는 폭이 좁은 줄무늬들을 많이 볼 수 있는 데 이들을 '열구'라고 한다. 열구는 직선으로 곧게 뻗어 있기도 하고 뱀처럼 꾸불꾸불 굽이친듯이 보이기도 한다. 열구는 아직 확실한 생성원리가 알려져 있지 않은 데 물이나 용암에 의해 형성되었다고 보기도 하고 용암이 흐르던 튜브같은 터널이 붕괴된 것이라는 등등, 의견이 분분하다.

달의 뒷면

달은 공전주기와 자전주기가 같기 때문에 우리는 항상 달의 앞면만을 볼 수 밖에 없다. 달의 뒷면의 촬영에 성공하여 그 사진을 처음으로 공개한 것은 구 소련이었다. 1959년 10월 4일 '루니크 3호'가 달을 회전하면서 달 뒷면을 촬영하여, 자동으로 사진을 현상하여 지구로 돌아오는 도중에 사진을 무선 전송해서 전 세계에 공개했다.
달 뒷면을 탐험하는 것은 곤란하다. 왜냐하면 달 뒷면에 가 있으면 지구로 전파를 보낼 수 없어서 통신이 안되니까 곤란한 것이다. 그러나 불가능한 것은 아니다. 달을 회전하는 통신위성을 띄워 놓으면 가능하다. 이 통신 위성을 중계로 하여 지구와 교신할 수 있으니까 탐험이 가능하다. 인간은 언젠가는 달 뒷면도 탐사할 것이다.

----------------------------------------------------------------------------------------

• 궤도 : 227,940,000 km (1.52 AU) from Sun
• 지름 : 6,794 km (지구의 0.532배)
• 질량 : 6.4219e23 kg (지구의 0.107배)
• 공전 주기 : 686.98일 (=1.88년)
• 자전 주기 : 24시간 37분 23초
• 평균 밀도 : 3.94 g/cm3
• 표면 중력 : 지구의 0.380배
• 탈출 속도 : 5.0 km/sec
• 표면 온도 : 최고 293 K (20도C) 최저 133 K (-140도C)

전쟁의 신, Maris

화성은 지구의 밖을 돌고 있는 첫 번째의 '외행성'이다. Mars라는 이름은 전쟁의 신(Maris, Greek : Ares)애서 유래했다.
화성은 태양으로부터 평균 1.52 AU 떨어져 있어서 금성 다음으로 지구와 가까워질 수 있는 행성이다. 태양과 화성 사이에 지구가 왔을 때에 가장 가까워지는 것이나, 화성의 공전궤도는 타원이기 때문에 지구의 원일점(태양에서 가장 멀 때)과 화성의 근일점(화성이 태양에 가장 가까울 때)이 일치할 때에 지구-화성 거리는 가장 가까워지는 것으로, 이것을 화성의 '대접근'이라 한다. 15-17년을 주기로 대접근이 나타난다. 탐색선을 보낼 때에는 이와 같은 대접근이 되는 시기를 택해야할 것은 물론이다.
지구에서 볼 때 화성이 태양의 건너편에 있을 때는 보이지 않지만 일정한 각도를 벗어나면 밤에 관찰 할 수 있다. 화성은 지름이 지구의 절반 정도의 행성인데, 공전주기는 686 '지구일'이고 자전주기는 지구보다 약간 긴 24시간 37분이다. 화성의 적도면과 자신의 공전면(황도면)과의 경사도는, 지구가 23.5도인데, 화성은 25도로서 비슷하기 때문에 화성상에서의 계절의 변화는 지구와 비슷할 것이다. 단 일년이 지구의 배나 되니까 한 계절의 길이도 배 정도로 길다.

대운하 논쟁

육안으로도 잘 볼 수 있는 누런 색을 띤 별로서 망원경으로 처음으로 화성을 관찰한 것은 1610년 Galileo에 의해서 였다. 그후 많은 천문학자에 의해 관찰되었는데, 어떤 사람이 화성 표면에 '줄'모양의 무늬가 보인다고 주장, 이것은 사람과 같은 지능을 가지는 동물이 판 대운하(Grand Canal)일지도 모른다고 발표해서 크게 주목을 받게 되었고 논쟁이 끊이지 않았다.
그러나 1971년 Marina 4호라는 화성 탐사선이 화성을 돌면서 촬영을 해서 지구로 보내 온 사진에 의해 화성에는 운하와 같은 것은 존재하지 않는다는 것을 알게 되어서 '운하 논쟁'은 끝이 났다.

극관

화성의 또한 가지 특징은 북극에 하얀 부분이 보이는데 그것을 극관(極冠)아라 하며, 그것은 이산화탄소(CO₂)의 얼음 즉 '드라이아이스'로 되어 있다.
1975년 Viking 1, 2 호를 화성 표면에 연착륙시킨데 성공했고, 화성 표면에 관한 여러 가지 정확한 정보를 얻게 되었다. 공기가 있기는 하나 기압은 지구의 1/100에 불과한 아주 희박한 것이다. 공기의 주성분은 이산화탄소(CO₂)가 95%, 수분과 산소는 아주 조금 밖에 없고, 화성의 적도에서 낮에는 온도가 26도 C, 밤중에는 -110도 C까지 내려간다.

화성의 지형

바이킹 1호의 탐사에 의하면 화성의 토양은 점토와 다량의 산화철 성분을 포함하고 있으며, 이 산화철때문에 화성이 붉게 보인다. 화성의 지형은 많은 우주 탐사선에 의해 조사되었기 때문에 태양계의 천체 중에서 달 다음으로 많은 정보를 가지고 있다.
화성의 지형적 특색은 남반구와 북반구가 비대칭적이라는 점을 들 수 있다. 아직 그 이유를 정확히 알 수는 없지만, 대부분의 화산들은 화성의 북반구에 몰려 있는 반면 대부분의 크레이터는 남반구에 몰려 있다.
화성의 적도 부근에는 낮은 북반구와 높은 남반구를 갈라 놓고 있는 것처럼 보이는 Valles Marineris라는 거대한 협곡이 있다. 이 협곡은 지구에서 판구조 운동의 결과로 홍해가 생긴 것과 같이 화산 활동에 의한 지각균열과 단층활동으로 생긴 것으로 보인다.
그럼 화성에도 지구처럼 판구조 운동 같은 것이 있었을까? 화성은 지름이 지구의 반, 질량은 1/10밖에 안 되므로 빨리 식었을 것이며, 따라서 판구조 운동이 있었다 하더라도 지각 밑의 암석권이 냉각되는 바람에 곧 중단되었을 것이다.
화성의 적도 바로 북쪽에는 지름이 2500여 km에 이르는 부푼 돔 형태의 타르시스(Tharsis)지역이 있다. 이 곳에는 거대한 순상화산이 4개나 있는데, 그 중에서 가장 큰 것은 올림푸스(Olympus)라고 불린다. 이 산은 주위 평지 보다 25 km나 솟아 있는데, 이것은 에베레스트 산의 2.5배에 해당하는 높이이다. 올림프스산이 이렇게 거대한 크기를 가지고 있는 것은 화성에 판구조 활동이 일어나지 않음을 강하게 시사한다. 올림프스산의 기반은 지름 600여 km에 이르며, 꼭대기에 있는 칼데라는 제주도보다도 더 크다.
화성의 화산들의 크기가 이렇게 큰 이유는, 각각의 화산이 하나의 열점을 통하여 맨틀의 용암을 수백만년간 계속 분출하였기 때문이다. 지구의 경우에는 맨틀의 대류와 판구조 운동으로 지구 내부의 열을 밖으로 방출하지만, 금성과 화성의 경우에는 이러한 열점을 통하여 열을 방출한다. 화성에는 판구조 활동이 없기 때문에 많은 화산군을 이루는 대신에 독립적인 거대한 화산들을 형성한 것이다.
그런데 마리너 9호와 바이킹호에 의해 발견, 확인된 화성의 지형 중에서 흐르는 물에 의해 깎인 것으로 보이는 구불구불한 '하상지형'이 있다. 화성은 대기압이 낮기 때문에 물이 존재하더라도 금방 증발할텐데, 이런 화성에 비가 왔을리는 없고, 그럼 어떻게 이런 지형이 만들어 졌을까?
화성의 경우, 지구의 툰투라 지역처럼 표토 아래 얼음층이 있을 것으로 예상이 된다. 그래서 화산 활동에 의해 표토 밑의 얼음층이 녹으면서 일시적으로 하천이 흐르지 않았나 생각이 된다.

붉은 화성

화성에는 다른 지구형 행성들과는 대조적으로 화성의 핵에는 철 성분이 적게 포함되어 있다. 핏빛 별로 보일 정도로 표면에 산화철이 풍부한데, 정작 핵에는 철이 부족하다. 지각에 철 성분이 많은데도 불구하고 화성의 밀도(3.9 g/cm3)는 수성, 금성, 지구에 비하면 훨씬 낮다. 따라서 전체적으로 철이나 마그네슘 성분이 부족하다는 이야기가 된다. 결국 철이 핵 쪽으로 모이지 못하고 표면 부근에 흩어져서 붉게 보인다. 그런데 왜 이렇게 핵에 철이 부족한지는 아직까지 수수께끼이다.
화성 자기장은 지구 자기장의 0.004배로 태양풍도 막아 낼 수 없을 정도로 약하다. 화성이 지구와 비슷한 속도로 자전을 하는데, 이렇게 자기장이 약한 것은 핵에 철이 풍부하지 못하거나, 철핵이 있는데 액체 상태가 아니기 때문으로 생각이 된다.

화성의 위성

화성에는 2개의 위성이 있다. 이 위성들은 미국의 에이사프홀에 의하여 처음 발견되었으며, 전쟁의 신 마르스(Mars)의 아들들의 이름을 따서, 포보스(Phobos), 데이모스(Deimos)라고 이름이 붙여졌다.
안쪽에 있는 포보스는 크기가 27x21x19 km로, 바깥쪽에 있는 데이모스(15x12x11 km)보다 약간 더 크다. 크기를 3개의 지름으로 나타낸 것은 이들이 길쭉하고 울퉁불퉁한 럭비공과 감자처럼 생겼기 때문이다.
포보스는 화성에서 약 6000 km 떨어진 궤도에서 7시간 39분만에 화성 주위를 한 바퀴 돌며, 데이모스는 약 20,000 km 떨어진 지점에서 화성의 주위를 30시간 20분만에 한 바퀴 돈다. 포보스의 공전 주기가 화성의 자전 주기보다 더 빠르기 때문에 화성에서 보면 서쪽에서 떠서 동쪽으로 지게 되며, 데이모스의 공전 주기는 화성의 자전 주기보다 느리기 때문에 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지게 된다.
그런데 화성의 위성들은 크기나 모양으로 보아서 위성이라고 하기보다는 소행성을 닮았다. 그래서 태양계 생성 무렵에 소행성이 화성의 궤도에 붙잡힌 것이 아닌가 생각되어지고 있다.

Life on Mars?

1996년 8월 6일, David McKay는 남극에서 발견된 운석에서 최초의 화성 생명체 증거를 발견했다고 발표했다. 그는 미네랄 물질을 찾아 내었고 이런 것들을 증거로 해서 고대 Martian microorganisms의 존재를 주장하게 된 것이다.
이것은 화성 생명체 논쟁의 중요한 최초의 증거이다. 그러나 이 운석이 정말 화성에서 왔는지는 확실히 밝혀지지 않고 있으며 생명체로 발전했다는 증거는 없다.

Mars Pathfinder, 새로운 탐색!

7개월동안 1억 9천 1백만km를 날아가 정확히 화성에 착륙한 패스파인더(Pathfinder). 96년 12월 4일에 발사되어 지구-화성 간의 최단거리인 '호먼궤도'를 초속 32.75km/s 로 날아가 97년 7월 4일 무사히 화성에 착륙하였다. 패스파인더는 지상관측소와 무게 10kg, 높이 28cm, 길이 63cm의 소형로봇자동차 소저너(Sojourner)로 구성돼 있다.
패스파인더의 화성 착륙지점 아레스 밸리스 평원은 화성의 생명체 존재 여부 확인이란 임무에 맞게 과학적인 연구 결과 선택됐다. 아레스 밸리스는 가로 160km, 세로 97km로 광활할 뿐만 아니라 상대적으로 평탄한 고대 범람평원으로 화성의 고지대에서 물에 의해 흘러 들어온 신기한 암석들로 뒤덮여 있는 것으로 추정되는 지역이다.
화성에서의 활동은 생명체 탐색, 기초조사, 대홍수 발생 여부 등을 조사하여 지구로 전송할 예정이다. 현재 패스파인더가 화성에서 보내오는 자료는 인터넷(http://mars.shinbiro.com)으로 생중계되고있다.

News from Mars

[NASA] 화성 내부 지구와 비슷
화성의 내부구조가 지구와 비슷하다는 증거가 사상 처음 확보됨으로써 화성 생명존재설이 다시 강력히 부각되고 있다. 미항공우주국(NASA)은 8일 무인 화성탐사선 패스파인더가 보내온 신호 분석결과 화성의 내부구조가 지구처럼 지각, 맨틀층, 중심핵 등으로 구성됐을 수도 있다는 강력한 증거를 확보, 화성에 한때 물이 있었으며 생명체가 존재했을 가능성이 매우 높아졌다고 밝혔다.
NASA의 화성탐사관련 과학자들은 화성이 자전하는 가운데 패스파인 더가 보내온 무선신호의 변화를 측정, 화성이 단순히 단단한 원형 바위가 아니라는 첫 증거를 얻었다고 말했다. 화성이 단순히 고체 덩어리가 아니라 분명한 층을 형성하고 있다고 하는것은 층 형성에 충분한 열을 가지고 있다는 것을 의미, 화성이 지구 와 같이 한때 생명체 진화에 충분할 정도로 따뜻하고 물기가 있었다는 이 론에 무게를 더해주고 있다고 이들은 평가했다.
한편 기술적 문제로 지난달 27일 이후 패스파인더로부터의 신호를 잡지 못하다 7일 교신에 성공, 패스파인더가 아직 지상 관제소의 명령에 따르고 있다고 NASA는 8일 밝혔다.

----------------------------------------------------------------------------------------

태양계 내의 모든 행성은 태양을 초점에 둔 타원 궤도를 돌고 있다. 케플러가 1619년 행성의 주기가 태양으로부터 그 행성까지의 거리와 관계가 았다는 사실을 발견한 후, 사람들은 행성의 거리들이 어떤 간단한 관계식으로 나타내어질 수 없을가 하고 고심하게 되었다. 1766년 독일의 천문학자 티티우스(J. D. Titius)가 행성의 거리에 관한 간단한 수학 관계식을 발견하였다. 즉 0, 3, 6, 12, 24, 48 (앞의 숫자를 두 배하면 그 다음의 숫자가 된다)의 숫자 배열로 시작해서 각 숫자에 4를 더한 후 10으로 나누면 0.4, 0.7, 1.0, 1.6, 2.8, 5.2, 10.0, 19.6 등이 나온다. 이 숫자들은 지구에서 태양까지의 거리를 천문단위(AU)로 했을 때 대략 0.4는 수성, 0.7은 금성, 1.0은 지구, 1.6은 화성, 5.2는 목성, 10.0은 토성의 거리에 해당한다. 이 규칙은 수년 후에 같은 독일의 천문학자 보데(Johann Bode)에 의해 세상에 널리 알려지게 되어 티티우스-보데의 법칙이란 이름이 붙여졌다.

가장 큰 소행성 세레스 발견

이 법칙에 따르면 화성과 목성 사이 숫자 2.8에 해당하는 곳에 행성이 있어야 하나 그 때까지 그곳에 어떤 천체도 발견된 것이 없었다. 이 법칙이 나온지 수년 후인 1781년에는 천왕성(Uranus)이 발견되었는데, 그 거리가 티티우스-보데의 법칙대로 19.6AU였다. 이에 고무된 천문학계는 1800년부터 본격적인 탐사 작업을 벌였다. 그 다음해인 1801년 정월 초하룻날 밤 이탈리아 천문학자 피아치(Piazzi)가 우연히 황소자리(Taurus)에서 행성과 같이 밤마다 위치가 변하는 미지의 천체를 발견하였다.
피아치는 이 천체에 로마의 농사 여신의 이름을 따서 세레스(Ceres)라 이름을 붙였다. 이 천체의 원 궤도 수학자 가우스(Gauss)가 계산해 보니 거리가 2.77AU로 티티우스-보데의 거리와 일치하였다. 이것이 처음으로 발견된 소행성이다. 그 다음 해에 팔라스(Pallas), 1804년에 쥬노(Juno), 1807년에는 베스타(Vesta)등이 속속 발견되었다. 현재까지 궤도가 알려진 소행성의 수는 3,300여 개이고 총수는 수십만 개에 이를 것으로 추산되고 있다.
소행성들은 모두 2.8AU근처의 거리에서 다른 행성과 같이 타원궤도를 가지고 태양 주위를 돌고 있다. 소행성 중 여러 개는 긴 타원 궤도를 가지고 있어 어떤 것은 수성(Mercury)보다도 더 태양에 가까이 접근하기도 하고 천왕성(Uranus)의 궤도 가까이까지 멀어지기도 한다. 19세기에 발견되는 소행성의 수가 늘어나고 그들의 궤도가 계산되면서 태양에서 거리가 3.28과 2.50AU인 곳에는 소행성이 거의 없는 사실이 알려지게 되었다.
1866년 커크우드(Daniel Kirkwood)는 이에 대한 설명으로 소행성의 틈은 목성(Jupiter) 중력의 영향으로 생긴 것인데, 이 거리들은 목성 공전 주기의 간단한 분수에 해당한다고 하였다. 그후 이것이 '커크우드의 틈'으로 불리게 된다. 목성 중력의 영향은 이것 뿐이 아니고 소행성들이 무리를 이루기도 한다. 그러한 것으로 트로잔(Trojan), 힐다(Hilda) 등이 있다. 소행성도 자전을 하는데 주기는 크기에 따라 다르지만 대체로 10시간 내외이다.

Asteroid Summary

* Mean distance from the Sun.

소행성에 금속 풍부

최근 미국의 우주선 갈릴레오호에 의한 측정으로 작은 소행성 가스프라(Gaspra)에서 자기장이 발견되어 이 소행성에 금속성의 물질이 풍부하다는 사실이 밝혀졌다. 이것은 아무도 예측하지 못했던 일로서 태양계에서 자기장을 가진 천체로서는 이 소행성이 가장 작은 것이다. 이 발견은 갈릴레오호가 목성으로 가는 도중에 가스프라(Gaspra)에 1,600km까지 접근했을 때 전송한 관측 데이터를 분석하여 얻어낸 것이다.
자기장이 탐지되기 전에 과학자들은 비록 이 소행성에 자기장이 있다 하더라도 우주선의 통과 거리가 멀어서 측정이 불가능할 것으로 생각했었다. 이측정으로부터 과학자들은 이 소행성이 태양계 초기의 구성 성분이 변하지 않아 운석과 같이 주로 바위 덩어리로 이루어져 있거나, 후에 가열되어 바위에서 금속이 분리되고 남은 금속성의 물질로 이루어졌는지를 밝힐 수 있을 것으로 기대하고 있었다. 그러나 이번의 자기측정의 결과는 후자를 암시하고 있다.
가스프라의 자기장은 지구의 1억분의 1 정도로서 아주 약해서 아무 것도 아닌 것 같이 보이지만 지름이 수십km로 작은 가스프라 규모로는 엄청나게 큰 것으로서 금속성의 물질만이 이러한 자기정을 가질 수 있다.

소행성에 풍부한 광물자원

지구의 지하 자원은 종류에 따라 수십년 후부터 고가되기 시작한다. 그대 이러한 자원의 조달은 외계에서만이 가능할 것이다. 그 중에서도 소행성이 가장 큰 관심을 끌고 있다. 그것은 가장 비요을 적게 들이고 조달이 가능하기 때문이다. 현재 과학자들이 세워 놓은 계획에 따르면 우주선이 소행성대에 가서 적당한 크기의 소행성을 골라 지구로 예인한 후 지구 궤도에 진입시키던가 태평양에 띄우고 채광한다는 것이다. 현재는 굼같은 이야기로 들릴지 모르지만 앞으로 수십년 후에는 충분히 실행 가능한 이야기이다.
소행성의 생성 원인에 관해서는 두가지 가설이 제안되고 있다. 즉, 그 곳에 있던 행성이 부서져서 생겼다는 설과 물질이 행성을 형성하지 못하고 흩어졌다는 설이 있으나, 총 질량이 행성이었기에는 너무 적고 목성의 큰 중력 때문에 이 물질들이 뭉치지 못했을 것이라는 이유로 후자가 선호되고 있다.
아직까지 우주선에 의한 소행성 탐사는 이루어지지 못했으나 90년대에는 몇 대의 탐사선을 보낼 계획이었다. 이미 1989년 10월 18일 지구를 떠난 갈릴레오(Galileo)호는 금성(Venus)을 돌아 목성(Jupiter)을 향하였는데 이 우주선은 가는 길에 소행성에 접근 탐사하였다. 머지않아 소행성에 관한 좀 더 자세한 정보가 입수될 것으로 기대한다.

쌍을 이룬 소행성들

소행성들이 대부분 상을 이루고 있지 않느냐 하는 의문이 최근 제기되고 있다. 미국 제트추진연구소(JPL)의 연구팀은 LA 교외 사막에서 레이더 신호를 1988년 프랑스의 천문학자가 발견한 소행성 투타티스(Tutatis)에 보냈다.
이 레이더 신호의 분석으로부터 이들은 이 소행성이 서로의 약한 중력에 묶여 있는 두 개의 천체로 이루어져 있음을 밝혀 냈다. 이 소행성의 레이더 영상에는 울퉁불퉁한 모습에 작은 천체에 의해서 두드려 맞은 흔적이 많은 두 개의 천체가 나타나 있었다. 그들의 지름은 각각 4km와 2.5km였다. 이 관측은 소행성이 지구에 360만km에 접근했을 때 이루어졌다.
이번의 관측 이전에도 소행성 카스탈리아가 두 개의 천체로 이루어져 있다는 주장이 나왔었다. 또한 갈릴레오호가 찍어 보낸 영상으로부터 소행성 가스프라가 두 개의 암석 덩어리로 되어 있다는 논쟁이 일고 있다. 지금까지 상세한 관측은 3개의 소행성에 대해서만 이루어졌고, 그 세 개 중에서 두 개 도는 전부가 쌍으로 되어 있는 사실로 미루어 소행성의 대부분이 쌍으로 되어 있지 않느냐는 추측이 나오게 되었다.
소행성이 때려서 생긴 것으로 생각되는 지구, 달, 화성의 추돌 크레이터도 근접한 쌍으로 되어 있는 점을 보아 소행성이 쌍으로 이루어졌다는 주장은 놀라운 일은 아니다. 그러나 아무도 소행성 세계에 쌍을 이룬 것이 많다고는 상상하지 못했었다. 이번에 소행성의 근접 영상이 이들의 생각을 바꿔 놓게 된 것이다.

갈릴레오호가 소행성 이다의 사진촬영

목성(Jupiter)을 향해서 항진 중에 있는 가릴레오(Galileo)호는 1993년 8월 28일 화성(Mars)과 목성(Jupiter) 사이의 소행성대를 통과하면서 이다(Ida)의 생생한 모습의 사진을 보내왔다.
이것은 이 우주선이 1991년 소행성 가스프라(Gaspra)의 사진을 보내온 후 두 번재의 것이다. 갈릴레오호 안테나 고장으로 전송 속도가 늦어져서 이 사진의 수신이 1993년 10월에야 이루어져 사진의 공개가 늦어졌다. 과학자들은 '이렇게 상세한 소행성 모습을 보기는 처음으로 이는 마치 금광을 발견한 것과 같다.'라고 말하고 있다.
길이가 52km인 이 소행성은 수억년 동안 소행성대를 이리저리 채이면서 떠돈 것으로 보인다. 이다가 상당히 크고 도한 예기치 않게 태양에 의해서 조명되는 각도가 좋아 여러 부분의 상세한 모습을 나타내 주고 있다. 이 소행성은 큰 소행성으로부터 약 2억년 전에 떨어져 나온 것으로 보인다.

소행성 이다(Ida)에도 위성이 있다

태양은 행성을 거느리고 있고, 행성은 위성을 거느리고 있다. 그렇다면 소행성들도 위성을 거느리고 있지 않을까?
1980년대에 천체의 탐사 작업이 이루어졌지만 발견에는 실패했다. 그러나 최근 갈릴레오호가 지름이 52km인 소행성 이다(Ida)의 위성(Dactyl)을 발견함으로써 이론가들이 믿고 있던 대로 비록 중력이 작아서 위성을 잡아두기가 어렵다 하더라도 소행성에 위성이 있다는 사실을 확인시켜 주었다.
이 위성의 발견은 행운의 결과이다. 1995년에 목성에 도착할 예정으로 항진하던 갈릴레오호는 1993년 8월 이다를 통과했으나 위성(Dactyl)을 찾아볼 생각은 하지도 않았었다. 그러나, 이 우주선팀은 1993년 9월 우주선이 이다를 한번 촬영하게 했다. '이다(Ida)의 영상에는 이다(Ida) 이외에도 다른 것이 있었다.'라고 과학자들은 이 우연한 촬영에 의한 발견을 설명하고 있다. 갈릴레오호의 근적외선 영상에도 같은 위치에 천체 하나가 발견되어 소행성 위성의 존재를 확인시켜 주고 있다.

회춘하는 소행성의 위성

우주선 가릴레오호가 찍어 보낸 소행성 이다(Ida)는 표면이 구덩이와 줄무늬로 덮여 있었다. 이로부터 과학자들은 길이가 58km인 이 소행성의 나이가 10 - 20억년은 될 것으로 추산했다.
그러나 지름이 1.4km로 작은 이다의 위성은 소행성 대에 아직도 대량으로 남아있는 파편더미 물질과의 충돌로 그 수명은 1백년 이상은 될 수가 없다. 만약 이다와 그 위성이 더 큰 천체의 충돌에 의해서 깨어져 생겼다면 두 천체의 나이가 같아야 함에도 불구하고 이들의 나이가 크게 다른 것은 수수께끼가 아닐 수 없었다.
그러나 갈릴레오호가 보내온 근접 사진이 이 문제에 해답이 될 정보를 제공하고 있다. 이다의 위성은 여러번의 일생을 살았다는 것이다. 즉, 이 위성은 그동안 여러번 작은 파편으로 깨어졌다가 재결합하는 과정을 거쳤다. 현재도 이 위성은 최근의 분열로부터 재결합으로 새로 태어나는 과정에 있다고 한다.
지금은 이 위성은 이다 주위에 널려 있는 위성과 이다에서 충돌에 의해서 떨어져 나간 파편 조각들을 끌어 모으고 있는 중이다. 이러한 주장은 이 위성이 의외로 매끈한 모습을 가지고 있어 나온 것이다. 태양계의 천체들은 작으면 작을수록 더 불규칙한 모습을 가지고 있다.

소행성은 작은 암석들의 집합체

그동안 소행성이 하나의 덩어리냐 작은 덩어리의 집합체이냐에 관한 논란이 어어져 왔다. 그런데 최근 소행성들이 지구와 같이 하나의 고체로 이루어진 천체들이 아니라 자체의 중력에 의해서 모여 있는 암석 덩어리들의 집합체라는 주장이 나왔다.
갈릴레오호가 1991년과 1993년에 각각 찍어 보낸 소행성 가스프라(Gaspra)와 이다(Ida)의 근접 사진으로도 이 문제에 대한 해답은 찾을 수가 없었다. 그러나 미국 캘리포니아주 파사데나에 있는 제트추진연구소(JPL)의 과학자들은 소행성들의 자전 속도가 느리다는데 근거를 두고 이같은 주장을 내어 놓았다.
만약 소행성의 자전 속도가 빠르다면 하나의 덩어리라야만 원심력을 견뎌내어 부서지지 않을 것이다. 그러나 107개의 소행성에 대한 자전 속도를 관측한 결과 그 어느 것도 2.3시간 보다 빠른 자전주기를 가진 것이 없었다고 한다. 만약 이러한 주중이 사실이라면 소행성의 생성과 진화를 밝히는데 크게 기여하게 될 것이다.

신비를 벗기는 니어(NEAR)호

미 항공우주국(NASA)은 1996년 2월 16일 소행성 탐사선 니어(NEAR, Near Earth Asteroid Rendezvous)호를 발사했다. 니어호는 앞으로 3년간 20억km를 날아가 1999년 1월에 에로스(Eros)라는 길이가 40km인 소행성에 30km까지 접근해서 1년 동안 궤도를 돌면서 관측할 예정이다.
니어(NEAR)에 실린 카메라는 2 - 3m 크기의 물체까지 구별할 수 있다. 카메라 외에도 적외선 분광기, X-ray 형광분석기 등의 첨단 분석 장비들과 자기장의 측정을 위한 자력계 등을 싣고 있어 소행성을 구성하고 있는 물질의 종류와 밀도 등에 관한 정확한 분석을 할 수 있다. 니어(NEAR) 그 자체도 일종의 측정기 역할을 해서 에로스와의 최초 접근때 에로스의 중력에 의해서 이 우주선의 속도가 얼마나 감속되느냐를 측정하여 에로스(Eros) 소행성의 질량도 구하게 된다.
니어(NEAR)는 임무를 마친 후에는 에로스의 표면에 충돌해서 최후를 마치는 순간까지 표면의 상태에 관한 데이터를 전송해 줄 예정으로 있다. 니어(NEAR)는 에로스의 역사를 알게 해 줄 것이다. 또한 이 천체가 어떻게 형성되었는가에 대해서도 많은 것을 시사해 줄 것이다. 소행성은 행성 형성의 순간 촬영 사진인 셈으로 이번 실험의 의미는 크다.

지구와 충돌할뻔 한 소행성

1996년 5월의 마지막 주 초 지구에 천재지변이 일어날뻔 한 사실을 천문학자들만 알았을 뿐 대부분의 사람들은 모르고 지나갔다. 그때 지름이 500m 정도의 암석 덩어리인 천체 하나가 지구를 스쳐 지나갔던 것이다. 이 천체는 1996JA1로 명명된 소행성으로서 지구에 45만 620km까지 접근하면서 비켜갔다. 이 거리는 지구와 달의 거리보다 조금 큰 것으로 천문학에서는 털끝만한 거리에 해당한다. 인류의 천체 관측 역사상 지구를 이렇게 가까이 통과한 천체로는 이것이 가장 큰 것이다.

----------------------------------------------------------------------------------------

• 궤도 : 778,330,000 km (5.20 AU) from Sun
• 질량 : 1.900e27 kg
• 지름 : 적도 143,800km (지구의 11.27배),극 135,200km (지구의 10.60배)
• 이 심 률 : 0.048
• 공전 주기 : 11.86년
• 자전 주기 : 적도표면 9시간 50분 30초, 내부 9시간 55분 30초
• 평균 밀도 : 1.314 g/cm3
• 표면 중력 : 지구의 2.64배
• 탈출 속도 : 61 km/sec
• 표면 온도 : -110도C (구름 상층부)

태양계 최대의 행성, 목성

목성(木星)은 영어로는 Jupiter라하며 화성(Mars)보다 먼 곳에서 태양을 공전하고 있는 '외행성'의 하나이다. 행성들 가운데서 가장 덩치가 큰 것으로 지구보다 무려 318배의 질량을 가지고 있고, 그 지름은 지구의 11배나 된다. 태양과의 평균 거리는 5.2 AU(1 AU는 지구-태양의 평균 거리)이며, 태양으로부터 5번째의 행성이며, 그 공전주기 즉 태양을 한번 도는데는 12년이 걸린다.
자전주기는 9시간 55분으로 지구보다 거의 3배나 빨리 돌고 있다. 원심력이 크기 때문에 남북으로 납작하며 적도의 지름은 극의 지름 보다 6 %나 크다. 자전의 방향은 공전의 방향과 일치한다. 그리고 목성의 적도면과 공전면(즉 황도면)은 거의 일치되어있다.
목성을 구성하고 있는 물질은 수소가 76 %, 헬륨이 22 %이어서 태양의 성분과 유사하다. 태양의 일부분이 떨어져 나와서 행성이 된 것이라 생각할 수 있다. 그래서 밀도는 지구의 1/4에 불과하다. 목성의 표면은 지구나 달과는 달리 육지는 없고 액체수소의 바다를 이루고 있다.
목성의 중심부에는 초고압에 의해 수소가 고체로 된 '금속수소'의 핵이 있다고 생각된다. 만일 목성이 훨씬 더 컸다면(10배 이상) 압력에 의한 중심부의 온도가 몇 천만도에 이르렀을 것이고 그렇다면 목성도 태양과 같은 항성으로 발전했을 가능성도 있다는 것이다.
1977년 미국이 발사한 2 개의 'Voyager'우주선은 목성(Jupiter), 토성(Saturn), 천왕성(Uranus), 해왕성(Neptune)의 근처를 통과하면서 이들 행성의 생생한 영상을 많이 보내와서 목성에 대한 지식은 풍부해졌다. 목성에 대한 특이한 발견은 목성에도 희미하지만 2 개의 고리가 있다는 것이다.

목성의 표면

목성의 표면은 액체수소의 바다이고 그 위에 아주 짙은 대기가 덮고 있는데 수소, 메탄, 암모니아, 이산화탄소가 주류를 이루고 있으며, 표면에서의 압력은 지구의 대기압의 무려 200,000배나 된다. 목성의 대기의 표면이 받은 태양열은 지구의 0.037에 불과하여 평균온도는 약 영하 120도 C이다.
망원경으로 관찰하면 적도에 평행한 여러 개의 줄 무늬를 볼 수 있는데, 이것은 목성 자전에 의한 맹렬한 대기의 이동 때문이며, 고체로 된 메탄이나 암모니아, 이산화탄소(드라이아이스)의 구름의 흐름이라 생각된다. 또 특이한 것은 지구의 크기보다도 큰 타원형의 길쭉한 붉은 색의 반점이 있다. 이것을 '대적반'이라 한다.
이상한 것은 전파 망원경에 의한 관측에 의하면 목성은 일정한 파장을 가지는 전파를 간헐적으로 발사하고 있다는 것이다. 이 전 파로 목성의 자전주기를 측정한 것이다. 전파의 원인에 대한 설명은 있으나 확실한 것은 알지 못한다.

목성의 구름과 대기

목성에서 제일 볼만한 것은 여러 색깔의 줄무늬를 만드는 표면의 구름층이다. 그 중에서 대적점(또는 대적반이라고 불림)은 정말 장관이다. 이것의 크기가 가장 클 때에는 지구 2-3개가 들어갈 정도이며, 인간이 목성 표면을 관측하기 시작한 300년 이전부터 계속 존재하였다.
탐사선들이 보내 온 사진들에서 구름의 운동을 면밀히 분석한 결과, 대적점은 반시계 방향으로 6일에 한번씩 회전하는 것으로 밝혀 졌다. 그리고 대적점 위쪽에서 부는 바람은 동에서 서로, 아래쪽에서 부는 바람은 서에서 동으로 분다. 따라서, 대적점은 서로 반대 방향으로 움직이는 구름 표면에 생기는 소용돌이 현상이다.
여기서 한가지 짚고 넘어갈 것이 있다. 그건 태양에서 받는 에너지보다 목성 내부에서 나오는 복사 에너지가 더 많다는 것이다. 거의 2배에 달한다. 목성 내부에서 나오는 에너지는 생성 초기에 얻은 중력에너지로 생각이 된다. 지구처럼 암석으로 둘러싸인 중심부에서는 에너지가 밖으로 방출되기 어려우나, 목성에서는 쉽게 방출되므로 그 복사량이 태양에서 오는 양보다 더 많다.목성 내부에서 방출되는 에너지는 적외선 복사로 나오게 되며, 그걸 이용하여 구름층의 온도와 높이를 알 수 있다.
적외선 촬영에서 밝게 보이는 부분은 온도가 높은 부분이다. 이것은 낮게 떠 있는 구름층으로 망원경으로 볼 때에는 푸른색으로 보인다. 구름은 색에 따라 온도와 떠 있는 높이가 다르다. 온도가 높고, 떠 있는 고도가 낮은 구름층부터 나열해 보면 푸른색, 노란색(갈색), 흰색, 붉은 색의 순이다. 붉은색 구름층은 적외선 사진에서는 검은색으로 나타나므로, 가장 높은 곳에 떠 있는 온도가 가장 낮은 구름층이라는 것을 알 수 있다.

대적반(Great Red Spot)

대적점은 고기압지역이다. 지구에서도 공기의 흐름은 기압의 영향을 받는다. 만약 우리가 공기를 볼 수 있다면, 공기가 정상보다 더 많은 고기압 지역은 부풀어 보이고, 저기압 지역은 쑥 꺼져 보일 것이다. 지구의 경우 공기의 흐름은 고기압에서 저기압으로 흘러가게 되는데, 공기의 흐름은 똑바로 나아가는 것이 아니라, 지구의 자전 운동때문에 휘어진다. 북반구의 저기압 지역에서 는 반시계방향의 소용돌이가 불어 들어가고, 고기압 지역에서는 시계방향의 소용돌이(역선풍;반사이클론)가 불어 나온다. 그리고 남반구에서는 그 방향이 반대이다. 이러한 공기 흐름의 기본 틀은 자전하는 행성들에서는 모두 똑같다.
이런 사실로 보아 목성의 남반구에서 6일만에 반시계방향으로 소용돌이치는 대적점은 역선풍이고 공기가 부푼 고기압지역임을 알 수 있다.
대적점 아래에 흰 타원체들이 반시계방향으로 돌고 있는데, 이것도 고기압지역이며, 흰색이니까 둘째번으로 높은 구름층이다. 또, 북반구에서는 갈색 타원체들을 볼 수 있는데, 이들은 목성의 구름층에 구멍에 뚫려 아래층의 구름이 보이는 현상이다. 이 갈색 타원체는 1-2년 안에 소멸한다. 흰타원체는 50년 이상, 대적점은 300년 이상 생존했는데, 갈색 타원체는 비교적 빨리 죽는 편이다.

목성의 내부 구조

목성도 태양처럼 위도에 따라서 자전 속도가 다르다. 1690년에 카시니가 관측한 바에 의하면 적도에서는 9시간 50분 30초, 극 부근에서는 9시간 55분 41초의 자전 속도를 갖는다. 그런데 목성 내부에서 나오는 전파를 측정하여 계산한 자전 속도는 9시간 55분 30초였다. 그러니까 목성의 실제 자전 속도는 망원경에 보이는 대기의 자전 속도와는 다르다.
그런데 자전 속도와 내부 구조와는 무슨 관계가 있을까? 목성은 빠른 속도로 회전하기 때문에 목성의 모양은 완전한 구가 아니라 양 극쪽이 편평하다. (적도가 극보다 6.37% 길다.) 질량과 밀도, 자전 속도가 똑같은 두 행성이 있다고 하자. 이 때, 한 행성은 밀도가 높은 핵을 가지고 있고, 다른 행성은 물질 분포가 균일하다면, 밀도가 높은 핵을 가진 행성이 더 편평하다. 그러므로 목성의 편평도와 자전 속도를 이용하면 목성의 핵의 질량을 계산할 수 있으며, 목성의 핵은 목성 전체 질량의 4%(지구 질량의 약 13배)라는 값을 얻을 수 있다.
이 핵은 아마 원시 목성의 씨앗이었을 것이다. 그렇지만 그 크기는 지구보다 많이 크지는 않을 것이다. 왜냐하면 나머지 목성의 질량(지구의 305배)이 핵에 엄청난 압력을 가하기 때문에, 중심에서의 압력은 약 8000만 기압으로 핵의 지름은 약 20,000 km로 압축이 된다.
그럼 핵 이외의 나머지 내부 구조는 어떻게 알 수 있을까? 그건 목성에서 나오는 복사파를 계측하여 알 수 있다. 목성에서 나오는 전파 중에서 싱크로트론 복사가 발견이 된다. 그러므로 목성에도 자기장이 존재하는 것을 알 수 있으며, 복사의 강도에서 목성의 자기장을 계산해 보면 지구 자기장의 약 1만 9천배나 된다.
목성의 액체 금속층은 지구보다 훨씬 거대하고, 자전 속도 또한 더 빠르기 때문에, 목성의 자기장의 세기는 무려 지구의 19,000배에 달한다. 자기권의 영역도 매우 커서 충격파는 3000만km, 자기권계면은 300만 - 700만km 상공까지 뻗어 있다. 한가지 재미있는 사실은 목성의 자기장의 방향이 지구와는 반대라는 것이다. 그리고 자기권 내부에는 매우 뜨거운 플라즈마가 존재하며, 플라즈마 속의 하전입자들은 고속으로 회전하는 목성의 자기장에 붙잡혀 고속으로 가속이 된다. 그래서 그 온도가 3억-4억도K나 된다. 태양 중심부보다 더 뜨거우며, 전 태양계에서 가장 뜨거운 장소이다. 그렇지만 플라즈마의 밀도가 매우 희박해서 100cm3당 입자 하나꼴밖에 안되므로 위험하지는 않을 것이다.
높은 열은 지닌 플라즈마에서 나오는 압력은 태양풍을 차단해 준다. 그렇지만 자기권 안쪽에서 일어나는 태양풍과 플라스마 사이의 압력 균형은 매우 위태위태한 상태이며, 태양풍이 거세게 몰아칠때면 플라스마 일부가 날려가 자기권의 크기가 평소의 반으로 줄어들기도 한다. 물론 곧 원상태로 돌아간다.
목성의 자기장도 액체 상태의 철핵이 회전해서 생기는 것일까? 그러나 석질 핵 속에 액체 철핵이 있다고 해도 그렇게 거대한 자기장은 생기지 않는다. 목성 내부에서는 압력이 매우 높아서 수소의 전자가 양성자에서 떨어져 나가서 수소는 양성자와 전자가 섞여 있는 액체 상태로 존재한다. 이러한 상태에서 전자가 자유롭게 돌아다니기 때문에 전류가 생길 수 있게 된다. 다시 말해서, 목성 내부에서 높은 압력을 받아 수소는 마치 액체 금속처럼 행동을 하게 된다. 수소 분자가 액체 금속 수소로 변하는 현상은 3 백만 기압에서 일어나므로, 표면에서 2만km 아래에서부터 액체 금속 수소층이 존재하게 된다. 이로서 목성은 표면에서부터 2만km까지 수소분자가 층을 이루고, 그 아래 두께 4만km의 액체금속수소 층이 있으며 중앙에는 암석질의 핵을 갖고 있는 것을 알 수 있게 되었다.

싱크로트론 복사 : 전자들이 광속에 가까운 속도로 달리다가 자기장을 만나면, 자기장을 따라 나선 운동을 하면서 복사 에너지를 방출한다. 이런 식으로 복사 에너지를 방출하는 것을 싱크로트론 복사라 한다.

목성의 위성들

목성에서 가장 가까운 곳에는 먼지, 암석 조각들로 이루어진 고리가 하나 있고, 소행성 크기의 작은 위성들이 4개 있다. 그 다음에 갈릴레이 위성 4개가 있고, 그 바깥쪽에 8개의 작은 위성들이 있다. 이 8개의 위성들은 크기가 작고, 공전궤도가 크며, 목성의 적도면에 크게 기울어져 있다. 게다가 가장 바깥쪽의 4개의 위성들은 다른 위성들과는 반대방향으로 돌고 있다. 그래서 이들은 소행성이 목성의 중력장에 붙잡힌 것으로 생각된다.

----------------------------------------------------------------------------------------

목성의 위성들 중 4개의 위성은 지구형 행성으로 분류할 수 있을 만큼 그 크기가 크다. 이 위성 4개를 갈릴레이가 처음 발견하였다 하여 갈릴레이 위성이라 부른다. 아래 표는 이 4개의 위성들에 대한 기본 자료이다. 수성과 달에 대한 자료를 이들 위성과 비교해 보라.

갈릴레이 위성들의 형성 과정은 태양계 행성들의 형성 과정과 비슷한 것으로 보고 있다. 이오와 에오로파는 지구형 행성, 가니메데와 칼리스토는 목성형 행성에 비교할 수 있다.

----------------------------------------------------------------------------------------

• 궤도 : 1,429,400,000 km (9.5 AU) from Sun
• 지름 : 120,536 km
• 질량 : 5.68e26 kg
• 공전 주기 : 29.458 년
• 자전 주기 : 10.233 시간
• 평균 밀도 : 0.69 g/cm3
• 탈출 속도 : 35.49 km/sec
• 평균 온도 : -125 도C (구름 온도)

토성탐사선 카시니(Cassini)

인류의 우주 탐사 사상 최대 야심작인 토성 탐사선 '카시니(Cassini)'호가 15일 7년간의 대장정에 올랐다. 이날 새벽 4시43분(현지시각, 한국시각 오후 5시43분) 미국 플로리다 케이프카내베럴의 케네디우주센터에서 발사된 '카시니'는 7년 동안 12억8천만㎞를 항해하게 된다.
무인탐사선 카시니가 토성궤도에 도달하는 것은 오는 2004년 7월. 미국의 과학자들은 카시니가 풀어줄 궁금증에 기대를 걸고 있다. 미국 우주 항공국(NASA)의 우주과학실 부책임자인 웨슬리 헌트리스 박사는 "태양 계의 생성과 생명의 시작 등에 대한 의문에 통찰력을 얻을 수 있는 드문 기회"라고 최근 미국 신문 뉴욕타임스와 인터뷰에서 말했다.
2004년 11월 모선 카시니에서 분리되어 토성의 위성중 최대인 '타이탄'에 착륙할 탐사선 '호이겐스(Huygens)'에 대한 기대는 더욱 크다. 타이탄이 지구의 대기중에도 가장 많은 물질인 질소와 메탄가스가 주성분인 대기로 싸여 있어 생명체 기원에 어떤 암시를 받을 수 있을 것으로 추정되 기때문이다.
이번 탐사는 총 비용이 34억 달러(약3조1천2백억원)로 역시 사상 최대 규모다. 계획은 이미 10년 전에 시작됐다. 국제적인 협력이 없었으면 카시니 프로젝트는 80년대 말 미국 의회의 반대에 부딪혀 무산될 뻔했다. 주 우주선은 캘리포니아 패서디나에 있는 미항공우주국(NASA)의 제트추진연구소(JPL)에서 설계 및 제작을 담당했다. 그러나 타이탄탐사선은 유럽우주국, 특히 이탈리아우주국이 핵심적인 역할을 했다. 행성 과학 역사상 최대의 국제 협력 프로젝트인 셈이다.
우주선의 이름도 유럽인의 이름을 땄다. 카시니는 토성의 둥근 띠를 발견했던 17세기 이탈리아계 프랑스인인 천문학자 장 도미니크 카시니, 타이탄 착륙선은 1655년 타이탄을 발견한 네덜란드 과학자 크리스티안 호이겐스를 기려 명명됐다.
대장정을 앞둔 카시니의 발목을 잡았던 것은 연료로 쓰이는 플루토늄. 환경론자들은 카시니가 적재한 32.6㎏의 플루토늄이 발사과정의 실패, 혹은 다시 지구궤도에 접근하는 1999년 사고가 발생할 경우 대재앙이 발생 할 수 있다며 발사에 반대해 왔다. 그러나 항공우주국 과학자들은 과거 보이저나 갈릴레이호도 같은 시스템을 사용했다며 사고발생 확률은 극히 낮다고 말해 왔다.
카시니는 2004년 7월 토성 궤도에 도착하면 토성 주변을 최소한 74회 비행하고, 타이탄 위성은 45번 선회한다. 그리고 토성과 둥근 띠, 위성들을 찍은 컬러사진 30만장을 보내올 예정이다.

고리를 가진 토성

옛날 사람들은 행성이 5개밖에 없고 토성(土星, Saturn)이 마지막 행성이라 믿었으며, 망원경으로 토성을 처음 관찰한 것은 '갈릴레오'였다. 토성은 아름다운 '고리'를 가지고 있는 것이 특징인데 갈릴레오는 그것을 고리가 아니라 세 개의 별이 가까이에 뭉쳐 있는 것으로 생각했다.
토성은 누런 색깔을 띤 상당히 밝은 행성인데, 목성보다 약간 작으며, 태양으로부터의 평균거리는 9.54 AU이고, 공전주기는 29.46 년이며, 자전주기는 10시간 14분으로, 자전속도가 이렇게 빠르기 때문에 남북으로 상당히 납작해저 있다.
표면은 적도에 평행하고 그리 똑똑하지 않는 줄 무니가 보이는데, 이것은 두터운 대기의 흐름인 것 같다. 토성을 만들고 있는 주성분은 수소와 헬륨이고 메탄, 암모니아도 있다. 특이한 것은 토성의 평균밀도는 물보다도 적은 0.69 g/cm³이라니까 토성의 일부를 떼어서 물에 띄운다면 물 위에 뜰 것이라는 것이다.

토성의 고리

고리는 음반과 같은 원반형을 하고 있으며, 그 면이 토성의 적도면에 일치하고 있고, 토성의 궤도면과는 27도 경사 되어 있으며, 토성의 위치에 따라 15년을 주기로 고리의 면이 우리의 시선과 일치되어 고리가 보이지 않게 되는 시기가 있다.
고리는 완전한 원형이고, 그 지름은 토성의 지름(약 12만 Km)의 배 이상이나 된다. 고리의 두께는 약 16Km에 불과하며, 밖으로부터 A, B, C의 밝기가 다른 부분(띠)을 구별할 수 있다. 띠 B가 가장 밝고 띠 C는 가장 희미하다. 마지막 F는 여러개의 띠가 모여 하나로 이루어진 상당히 복잡한 고리이다.

우주선 Voyager(1977 년)호의 탐사에 의하면, 더 많은 희미한 고리가 있음을 알 수 있었다. 고리 A, B 사이에는 똑똑히 보이는 틈이 있으며, 이것을 Cassini division이라 한다. 토성의 고리의 정체에 대한 학자들의 관심은 지금까지 계속되고 있다.
우선 고리는 전체가 하나의 판때기처럼 떠있는 것이 아니라는 것이다. 정밀한 관찰에 의하면, 고리는 토성을 공전하고 있으며, 가까운 고리는 빨리, 떨어져 있는 고리는 느리게 회전하고 있으며, 이것은 Kepler의 제 2 법칙에 따르고 있다는 것이다.
연구에 의하면, 고리를 만들고 있는 것은 무수히 많은 작은, 소행성과 같은 천체의 파편이라고 생각되며 토성은 무수히 많은 수의 소위성을 가지고 있는 셈이다.
고리는 어떻게 만들어졌을까? 원래는 하나의 위성이 토성의 아주 가까운 곳을 돌고 있었는데, 토성에 가까운 위성의 부분은 먼 부 분보다 빨리 회전할 수밖에 없으니까, 위성을 양쪽으로 잡아당기는 힘이 생기고, 이 힘에 의해서 위성은 산산 조각으로 깨어져서, 작고 많은 파편이 되어서 돌게 되었다고 생각한다. 어떤 위성이 토성의 중심으로부터 토성의 반지름의 2.44배의 거리 보다 가까운 곳을 돌게 된다면위성은 깨어질 수밖에 없다는 것을 계산한 학자가 있다.

토성의 위성

토성은 23개의 위성을 가지고 있으며, 이중 이름을 가진 것이 18 개이다. 토성의 위성 중에서 가장 큰 Titan은 달보다도 더 크며, 대기를 가지는 유일한 위성으로 유명하다.

Last updated October 15, 1997

----------------------------------------------------------------------------------------

• 궤도 : 2,870,990,000 km (19.218 AU) from Sun
• 지름 : 51,118 km
• 질량 : 8.683e25 kg
• 밀도 : 1290 kg/m3
• 공전주기 : 84 년
• 자전주기 : 17.9 시간
• 표면온도 : -170 도C

7번째 행성, 천왕성

태양계의 9개의 행성 가운데서 7번째로서 토성의 밖을 돌고 있는 행성이 '천왕성(天王星, Uranus)'이며, 1781년 Herschel에 의해 발견되어서 이것을 '허셀의 별'이라고도 한다. 육안으로는 볼 수 없을 정도로 어두워서 망원경으로 관찰한다.
공전주기는 84년이고 자전주기는 17.9시간이다. 이 별의 표면은 별다른 특징이 없기 때문에 자전주기를 측정하기는 매우 어려운 것이다. 태양으로부터의 거리는 18-20 AU이고 행성 중에서 3번째로 크며 지름이 지구의 4배 정도이다. 태양으로부터 받은 태양광선의 양은 지구의 그것의 1/360에 불과해서 표면의 온도는 -170도 C에 불과하다.
천왕성의 적도면과 그 공전면과는 89도 정도 경사 되어 있는 것이 특이하며, 만일 지구의 경사각이 이처럼 크다면 지구에서 본 태양의 운동과 계절의 특징은 어떠할 것인가 생각해 보는 것은 흥미로울 것이다.

천왕성의 위성과 고리

1986년 Voyager 2호가 천왕성에 접근하여 탐사한 결과 이 별이 15개의 위성을 가지고 있고, 희미하나마 토성과 같은 11개의 '고리'를 가지고 있다는 것을 알게 되었다.

----------------------------------------------------------------------------------------

• 궤도 : 4,504,000,000 km (30.06 AU) from Sun
• 지름 : 49,532 km
• 질량 : 1.0247e26 kg
• 밀도 : 1640 kg/m3
• 공전 주기 : 164.8 년
• 자전 주기 : 19.1 시간
• 평균 온도 : -200 도C (48 K)

8번째 행성, 해왕성

천왕성(Uranus)의 바깥 쪽을 돌고 있는 8번째의 행성이 '해왕성(海王星,Neptune)'으로 1846년경에 발견되었고, 공전주기는 165년이고, 자전주기는 약 19시간이며, 크기는 천왕성과 비슷하고, 태양으로부터의 평균거리는 약 30 AU이고, 태양으로부터 받은 광선의 양은 지구의 그것의 1/1000에 불과하여, 표면 온도는 -200도 C 정도라 추측된다는 것이다.
해왕성(Neptune)은 천왕성(Uranus), 토성(Saturn), 목성(Jupiter)과 더불어 그 성분이 모두 태양의 그것과 비슷하여 주성분이 수소이고 헬리움이 다음으로 많고, 크기는 모두 큰 반면에 밀도가 지구보다 훨씬 작은 것이 특징이어서, 이들 행성을 '거대행성, giant plannet'이라고 부르기도 한다.

해왕성의 위성과 고리

해왕성에는 원래 2개의 위성이 있었는데, 1989년 8월 Voyager 2호에 의해 6개가 더 발견되었고, 이들 중 가장 큰 '트리튼(Triton)'은 공전항향과는 반대로 자전하는 것이 특이하다. 또 4개의 희미한 고리가 있다는 것도 발견했다.

Great Dark Spot

보이저가 해왕성에 접근했을때 가장 눈에 뜨는 곳은 'Great Dark Spot'이란 곳이었다. 이것은 목성(Jupiter)의 대적반(Great Red Spot)보다 절반 정도 작은 크기이다.
Great Dark Spot에는 300 m/s의 강한 서풍이 불고 있으며 보이저 2호는 남반구에서 작은 검은 점 두개를 더 발견하였다. 또한 'The Scooter'라 불리는 불규칙한 구름들이 생성되고 있음을 알아내었지만 그 정확한 원인은 밝혀지지 않았다.

그런데 1994년, 허블 망원경의 모습에 해왕성의 Great Dark Spot이 사라진것을 발견하였다! 몇달 후 해왕성의 북반구에 새로운 반점이 생긴것을 찾아 내었다. 이것은 해왕성의 대기가 빠르게 변하고 있다는 것을 말해준다. 아마도 위쪽과 아래쪽의 작은 기온차가 원인이 되지 않았나 추측된다.

----------------------------------------------------------------------------------------

• 궤도 : 5,913,520,000 km (39.5 AU) from the Sun (평균)
• 지름 : 2274 km
• 질량 : 1.27e22 kg
• 밀도 : 2030 kg/m3
• 공전 주기 : 247.7 년
• 자전 주기 : 6.39 일
• 평균 온도 : 37 K

태양계 마지막 행성

태양계의 마지막 9번째 행성이 발견된 것은 1930년 Tombaugh에 의해서였고, '명왕성(冥王星, Pluto)'라 명명되었다. 태양으로부터의 평균 거리는 거의 50 AU나 되어 광선의 속도로도 5시간 반이나 걸린다.
공전주기는 247.7년이고, 자전주기는 6일 9시간으로 추정하고 있다. 표면에 대기는 거의 없는 것으로 알려졌다. 태양의 광선량은 지구의 1/2,430에 불과한 것이나, 지구에서의 만월의 밝기의 164배 된다는 것이다. 위성으로 샤론(Charon)이 있다.
명왕성의 특이한 점은 다른 행성에 비해서 그 타원궤도의 이심율이 0.25로 지구의 그것(0.017)보다 크다는 것이다. 그래서 명왕성이 태양에 가장 가까워질 때(이것이 근일점)에는 해왕성(Neptune)의 궤도 안쪽을 지나게된다는 것이다.
명왕성의 질량은 지구의 9/10정도이고 밀도도 지구와 비슷하기 때문에 수성(Mercury), 금성(Venus), 지구(Earth), 화성(Mars), 명왕성(Pluto) 등을 합해서 '지구형행성'이라고 부르는데, 그 후의 연구에 의해 명왕성의 질량이 몹시 작다는 것-밀도가 작다는 것을 알게되었다.

----------------------------------------------------------------------------------------