가니메데

목성의 위성. 태양계의 위성 중 가장 크다. 1610년 갈릴레오(Galileo Galilei)가 칼리스토, 이오, 유로파와 함께 발견했다. 발견 당시 갈릴레오는 이탈리아 메디치 가문을 기리는 뜻에서 이 4개 위성을 '메디치의 행성들'이라고 불렀다. 이 위성들은 1800년대 중반 들어서야 개별적으로 현재의 이름을 갖게 됐으며, 4개 위성을 통칭해 갈릴레오 위성이라고 부른다.

가니메데라는 이름은 그리스-로마 신화에서 제우스가 연정을 품고 올림푸스에 데려와 신들에게 술을 따르게 했던 최고 미남의 이름에서 따온 것이다.

그림 1. 가니메데 (출처: )

과거 보이저 탐사선과 갈릴레오 탐사선, 그리고 뉴허라이즌스 탐사선이 가니메데를 관측한 바 있으며, 2022년 발사 예정인 유럽우주국의 목성 얼음 위성 탐사선 주스(JUICE)가 2033년 경에 가니메데 궤도를 방문할 예정이다.

목차

지름 약 5,262km로 태양계의 위성 중 가장 크다. 한때는 토성의 위성 타이탄이 가니메데보다 더 큰 것으로 간주되었으나 타이탄의 두터운 대기 때문에 크기가 과대 평가되었기 때문이었다. 대기를 제외하면 가니메데는 타이탄보다 약 2% 크다.

가니메데는 목성으로부터 백만여 km 떨어진 궤도를 약 7일 4시간에 한 번씩 공전한다. 목성에 조석고정되어 있어 자전주기와 공전주기가 같고 항상 같은 면이 목성을 향한다. 가니메데는 목성 외에도 이오와 1: 4 궤도 공명 관계에 있으며, 결과적으로 이오에 지질 활동을 일으키는 조석력에 일붓 기여한다.

밀도는 1.94 g/cm³이며, 얼음과 규산염 암석이 절반 정도씩 구성된 것으로 보인다. 암석형 행성인 수성과 비교하면 크기는 비슷하지만, 전체 밀도가 낮아 가니메데는 질량이 수성의 절반도 되지 않는다.

갈릴레오 탐사선의 관측 결과에 따르면 가니메데 전역에 걸쳐 표면 얼음층 아래에 거대한 지하 바다가 있다고 생각된다.

가니메데의 표면 반사율은 43% 정도로 태양계 천체 가운데 밝은 편이다. 전체 표면의 40% 정도는 어둡고 충돌구가 많은 오래된 지형이다. 나머지 비교적 밝은 지역에는 과거 지각판의 변동으로 생긴 것으로 추정되는 구불구불한 도랑과 능선, 균열, 그 밖의 다양한 형태를 보이는 지형이 늘어서 있다. 능선의 높이는 400m 정도이며 길이는 수천 km에 달한다.

미량의 수소와 산소로 된 옅은 대기층이 있다.

그림 2. JUNO 탐사선이 찍은 가니메데의 어두운 영역 (출처: )

가니메데는 목성 자기권 안쪽의 궤도를 공전하며 자체 자기장도 있다. 태양계 내의 위성 가운데 유일하게 자기장이 있는 천체다. 극지역에서는 자기장 때문에 오로라가 나타나며, 목성의 자기장이 변하면 오로라도 함께 움직인다.

자기장의 존재로 미루어 가니메데의 내부에는 철을 많이 함유한 금속의 유체로 된 핵이 유동하고 있을 것으로 짐작된다. 핵 위로는 암석으로 된 맨틀이 있고, 그 바깥쪽을 두께 800여 km에 달하는 얼음 맨틀이 둘러싸고 있는 형태다. 얼음 맨틀과 표면의 얼음 지각 사이에 지하 바다가 있을 것으로 추측된다.

그림 3. 갈릴레오 궤도선이 관측한 가니메데(바탕사진)와 허블우주망원경이 관측한 오로라(파란색)(출처: )

그림 4. 가니메데 내부 구조 상상도 (출처: )

가니메데 표면 부근 물질의 일부는 목성의 자기장을 따라 목성으로 흘러 들어가기도 한다. 목성의 다른 위성인 이오, 유로파에서도 비슷한 현상이 생긴다. 이렇게 위성으로부터 나온 전하를 띤 입자가 목성 대기와 만날 때 오로라가 발생하한다. 이러한 오로라는 주로 자외선에서 관찰되며 위성의 발자국, 또는 발자국 오로라라고 부른다.

아래 관측 영상은 허블 우주망원경으로 관측한 목성의 오로라이다. 폐곡선을 이루는 것은 목성의 자체 자기장에 의한 오로라이고, 점에 가까운 짧은 호 형태의 밝은 부분이 위성에 의한 발자국 오로라이다. 왼쪽이 이오에 의한 것, 오른쪽의 두 개는 가니메데와 유로파에 의한 것이다.

그림 5. 허블 우주망원경으로 관측한 목성 오로라(출처: )