목성

정의

태양계에서 별이 아니면서 가장 큰 천체. 태양에서부터 5번째의 행성이다. 그리스 로마 신화에 나오는 신들의 지배자 이름을 따서 서양에서는 주피터라고 부른다. 지구보다 318배나 무겁고, 부피는 1,500배가 넘는다. 이렇게 큰 질량 때문에 태양계의 다른 행성들에 미치는 중력작용이 강하다. 이 영향으로 소행성대에 커크우드 틈새가 형성되고, 화산활동을 하는 갈릴레오위성인 이오(Io)의 내부에서 조석열(潮汐熱)이 발생하며 혜성의 궤도가 변한다. 1610년 갈릴레오가 발견한 4개의 위성을 포함해 2023년까지 모두 92개의 위성이 발견되었다.

구성

사실 이 행성과 위성은 태양계의 축소판이라고도 할 수 있다. 1㎞ 이내의 두께로 퍼져 있는 목성의 고리는 1979년 미국의 우주선 보이저호에 의해 발견되었다. 지구와 보이저호에 설치된 기구로 전자기(電磁氣) 스펙트럼의 넓은 영역을 조사한 결과에 따르면, 이 행성은 주로 수소와 헬륨으로 된 유체이며, 이들의 구성비는 태양과 비슷하다. 스펙트럼의 적외선 영역에서 이 행성이 방출하는 복사는 태양으로부터 받는 복사보다 거의 70％ 정도 더 많다. 수소에 수백만 기압을 가한 실험을 통해 목성 내부에 있는 지구 정도 크기의 암석질 중심 핵을 둘러싸고 있는 유체는 전도성(傳導性)이 높은 금속동소체(金屬同素體)일 것이라고 밝혀냈다.

목성

자기권

목성은 자전이 빨라(9시간 55분 29.7초) 금속수소 영역에서의 전류 변화로 인해 알려진 어떤 행성보다도 큰 자기장이 발생한다. 이 자기장은 태양 쪽(자기권계면)으로 100RJ(RJ는 목성의 적도 반지름인 7만 1,400㎞)까지 뻗쳐 있고 다른 쪽(자기꼬리)은 토성의 궤도 너머까지 뻗쳐 있으며, 전자·양성자와 이오의 화산파편에서 채취된 금속 이온으로 구성된 하전입자를 좁은 지역으로 모은다. 이런 과정으로 안쪽에서부터 6개 위성을 포함하는 강한 복사대(밴 앨런 복사대)가 만들어진다.

이 복사대는 목성의 자전속도를 정의하는 데 사용되는 특성주기(特性周期)를 가지고 전파를 방출한다. 이오와 목성을 연결하는 자기력선관에서 방출된 하전입자들과 목성의 상층대기가 상호작용해 광범위한 극광현상뿐만 아니라 많은 극지폭풍이 생긴다. 이러한 폭풍은 보이저호에 설치한 사진기에 의해 '초전광'이라는 번개로 관측되었다. 목성대기의 구름층이 천연색으로 보이는 것은 방전(放電)과 암모니아·메탄·에탄·에틸렌·황·수증기로 된 화학성분의 태양복사에 의한 광화학 반응의 결합 효과 때문인 것으로 보인다.

복잡한 유기분자는 아직까지 분광기로 관측되지 않았다. 구름 꼭대기에서의 수직운동이 빠르고 복사 에너지의 환경이 나쁘기 때문에 목성대기에는 지구에서 알려진 것과 같은 유기생명체가 존재하지 않을 것으로 보인다.

대기

보이저호가 보내온 영상을 컴퓨터로 처리해 바람과 구름 꼭대기에서의 대기순환 규모와 구조를 밝혀냈다. 줄무늬 모양의 구름은 풍속이 최대인 위치와 매우 밀접하게 연관되어 있다. 외부 태양열이 고르지 못하다는 것과 관련되어 에너지를 재분배하는 소규모 기상계가 있어, 구름 꼭대기의 전체적인 순환은 어떤 면에서는 지구대기에서와 비슷하다. 반면에 적도 부근에 있는 바람 단면의 변화시간 및 대칭성과 규칙적인 구름띠들의 소멸(모두 위도 ±45°에서 발생)은 주로 내부열에 의해 생기는 구름 꼭대기의 흐름을 동축원통대류의 항성모형으로 더 잘 설명할 수 있음을 시사한다.

그러므로 목성의 구름띠는 태양에서 관측된 초대(超大) 쌀알무늬 세포와 더욱 비슷하다. 기상학적 연구에 의하면, 목성의 구름 가운데 달걀 모양으로 눈에 띄는 지역인 대적점은 그 내부 흐름과 다른 폭풍과의 상호작용 성질이 목성대기에 있는 다른 모든 달걀 모양의 반점들이 갖는 특징과 같으며, 수명(300년 정도)과 크기(1/3 R_J)만 다르다.

목성의 대기성분, 갈릴레오 위성 표면의 구덩이 흔적, 그리고 밀도와 같은 물리적인 성질을 측정해 태양계의 기원과 진화에 관한 연구가 이루어졌다. 이같은 연구를 통해, 비록 표면의 풍화작용으로 초기 역사의 대부분이 지워졌지만 갈릴레오 위성에는 달의 바다가 형성된 것과 대략 같은 시기에 운석충돌이 있었음이 밝혀졌다.

위성

목성의 위성은 갈릴레오가 망원경을 통해 육안으로 관측하여 발견한 이오, 가니메데, 유로파, 칼리스토(이 4개를 '갈릴레이 위성'이라고 한다) 이후 관측 기술의 발전에 따라 계속 발견되었다. 1999년까지는 16개가 발견되었으나 이후 매년 새 위성이 발견되면서 숫자가 늘어, 2023년까지 공식적으로 보고된 위성은 92개에 이른다. 위성의 궤도 위치에 따라 내위성, 갈릴레이 위성, 테미스토군 위성, 히말리아군 위성, 카르포군 위성, 발레투도군 위성, 아난케군 위성, 카르메군 위성, 파시파에군 위성 등으로 구분한다. 목성 위성의 이름은 주로 그리스 신화 제우스와 관련이 있는 신화속 인물과 동물들의 이름들로 명명된다.