위성

위성은 행성, 왜소행성, 소행성, 카이퍼대천체 (Kuiper Belt Objects) 와 같은 태양계 천체(혹은 행성계 천체)의 주변을 공전하는 천체이다(그림 1 참조). 수성과 금성을 제외한 태양계의 6개 행성은 모두 합쳐 185개의 위성을 가지고 있다(2018년 9월 기준). 지구형행성의 경우 지구와 화성이 각각 1개와 2개를 가지고 있으며 나머지는 모두 목성형행성의 위성이다. 왜소행성 가운데 세레스 (Ceres)에는 위성이 없지만, 명왕성 (Pluto)은 카론 (Charon)을 포함해 5개, 에리스 (Eris)는 1개, 하우메아 (136108 Haumea)는 2개, 마케마케 (136472 Makemake)는 1개의 위성을 가진 것으로 알려졌다. 2018년 9월 현재, 334개의 소천체에 위성이 있다고 알려졌다. 일반적으로 위성은 공 모양이지만, 크기가 작은 위성은 불규칙한 모습을 하고 있다.

그림 1. 태양계 위성 중 대표적인 예. 크기 비교를 위해 지구와 함께 나타냈다.()

목차

위성 형성 이론에는 원시태양계원반에서 일어난 행성과 함께 만들어졌다는 이론, 원시행성들이 충돌할 때 생긴 파편들이 뭉친 후 행성의 중력 영향권에 들었다는 이론, 행성 형성과 관계 없는 천체가 행성 주변을 지나다가 포획되었다는 이론이 있다. 화성의 위성처럼 작고 불규칙하게 생긴 경우나, 공전궤도가 행성의 자전과 반대인 경우, 그리고 목성처럼 모행성의 중력이 큰 경우는 포획으로 형성된 것으로 보인다.

목성형행성의 위성 가운데 멀리 있는 것은 공전주기와 관계없이 다양한 자전주기로 자전하지만, 가까이 있는 것 대부분은 조석력 때문에 공전궤도가 원궤도에 가까우며 공전주기와 자전주기가 거의 일치하는 동주기자전 (synchronous rotation)을 한다. 이런 위성은 지구-달계에서 보는 것처럼 모행성에서 항상 같은 면만 볼 수 있다. 토성의 위성인 하이페리온 (Hyperion)은 타이탄 (Titan)의 영향 때문에 궤도가 불안정해졌으며 위의 이론이 적용되지 않는 유일한 위성이다.

목성 위성 가니메데 (Ganymede)나 토성 위성 타이탄은 대기가 덮인 것으로 알려졌다. 위성 중에 고리를 두른 것이 전혀 없는 것은 아니다. 지난 2008년 카시니호는 토성 위성 가운데 두 번째로 큰 레아(Rhea)에서 고리를 발견했다.

토성의 테티스(Tethys)와 디오네(Dione)에는 트로이위성이 있다고 알려졌다. 목성의 제4라그랑지점과 제5라그랑지점의 위치에 트로이소행성군(trojan asteroids)이 있는 것과 비슷하다. 텔레스토(Telesto)와 칼립소(Calypso)는 테티스의 트로이위성, 그리고 헬레네(Helene)와 폴리데우케스(Polydeuces)는 디오네 (Dione)의 트로이위성이다.

1610년 갈릴레오(Galileo Gallei)가 목성 주변에서 발견한 4개의 위성을 뜻한다. 지구의 달을 제외하고는 가장 오래동안 인류에게 알려진 위성들이다. 그 이름은 이오(Io), 유로파(Europa), 가니메데(Ganymede), 칼리스토(Callisto)이다. 갈릴레오들은 모두 왜소행성들보다 반지름이 크며 이중에서 가니메데는 태양계에서 가장 큰 위성이다. 가니메데는 게다가 수성보다도 더 크다. 이오, 유로파, 가니메데는 4: 2:1 공명궤도를 돌고 있다. 갈릴레오는 목성 주변을 공전하는 위성을 발견하여 태양중심설의 증거에 하나를 더 추가했다.

한편, 기원전 4세기경 활동했던 고대 중국의 천문학자 감덕은 석신과 함께 역사상 두 번째 항성목록을 만들었는데, 그는 목성 옆에 '붉고 작은 별'이 있다고 기록을 남겼다. 이것을 가니메데라고 주장하는 역사학자는 가니메데가 육안으로 관측이 가능했다고 주장하지만, 눈으로 확인할 수 있을 정도로 밝지 않은 위성에 대해 색까지 언급했다는 것을 믿기는 쉽지 않다. 만일 감덕이 발견한 것이 맞다면 갈릴레오보다 2000년 앞선 셈이다.

1990년대 초 아이다(Ida)의 위성 닥틸(Dactyl)이 발견된 뒤 쌍성계처럼 소행성과 소행성이 대등하게 짝을 이루거나, 위성이 딸린 소행성들도 많이 발견되었다.

태양계 6개 행성에는 위성들이 딸려 있기 때문에 최근 외계위성, 즉 외계행성에 딸린 위성에 대한 관심이 늘어났다. 천문학자들은 외계행성을 찾기 위해 직접 촬영(direct imaging) 방법, 시선속도(radial velocity) 방법, 식현상이용(transit) 방법, 미시중력렌즈(microlensing) 방법, 극심시각(timing) 방법, 측성학적(astrometry) 방법을 쓰고 있다. 단지 멀리 있고 따라서 어둡기 때문에 요구되는 관측 정밀도가 높아야 하고 관측 간격이 짧아야 한다는 조건이 다를 뿐이다.

센타우루스자리에 있는 별 1SWASP J140747.93-394542.6은 위성을 가진 행성의 존재 확률이 높고 외계행성 WASP-12b에도 위성이 있다고 알려져 있다. 2018년 10월 과학자들은 허블우주망원경(Hubble Space Telescope)으로 외계행성 케플러-1625b(Kepler-1625b)에 딸린, 케플러-1625b I(Kepler-1625b I)라는 이름의 외계위성을 발견했다고 발표했다(그림 2 참조). 이 행성은 목성 질량의 수배 정도이며, 위성은 크기가 해왕성과 비슷하다고 알려졌다.

그림 2. 모항성 주변을 공전하는 케플러-1625b와 케플러-1625b I 의 상상도.()