목성은 태양계에서 태양을 중심으로 5번째 궤도를 돌고 있습니다. 유달리 밝고 큰 행성이어서 태양계의 왕자라고 불립니다. '주피터(Jupiter)'라는 로마 신화의 최고의 신으로, 그리스 신화의 제우스에 해당합니다. 제우스는 신화에서 많은 아내를 두었듯이 목성은 많은 위성을 거느리고 있습니다. 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토 등 이러한 위성들의 이름은 신화에서 제우스 아내들의 이름입니다.
1. 목성의 특징
목성은 태양계 행성 중 가장 부피가 크고 무겁습니다. 목성의 질량은 태양의 1000분의 1에 해당하며 태양계에서 태양 다음으로 큰 거대 행성입니다. 또한 목성의 질량은 지구의 318배이며, 반지름은 지구의 11.2배, 부피는 지구의 1300배가 넘습니다. 부피에 비해 질량이 작은 이유는 목성이 가스형 행성이기 때문입니다. 즉 암석형 행성보다 밀도가 낮은 성분들로 구성되어 있기 때문입니다. 목성은 태양처럼 밀도가 낮은 수소와 헬륨으로 구성되어 있습니다. 그래서 목성의 밀도는 그렇게 큰 크기에도 불구하고 지구의 약 4분의 1 정도밖에 되지 않습니다. 목성의 지름은 143,320 km로 목성이 조금만 더 큰 천체였다면 목성의 내부에서 핵반응이 일어나 제2의 태양이 되었을지도 모른다고 합니다. 목성은 가스형 행성이면서도 태양계의 나머지 모든 행성들의 질량을 합한 것보다 무겁습니다. 심지어 태양계의 나머지 7개 행성의 질량을 모두 다 합쳐도 목성의 절반도 되지 않습니다. 좀 더 정확히 말하자면, 태양계의 모든 행성들을 합한 질량의 2.5배에 달합니다. 태양계에서 태양이 99.86%를 차지하고 목성은 나머지 0.14%에서 대략 3분의 2인 0.1%를 차지합니다. 뒤를 이어서 토성이 0.029%를 차지합니다. 목성은 여러 원소들이 혼합된 고밀도 핵과 그 주변의 액상 금속성 수소층 그리고 대부분 수소분자로 구성된 외각층으로 이루어져 있습니다. 목성은 뚜렷한 고체 표면이 없으며 가장 깊숙한 내부에는 온도가 섭씨 3만도 추정되는 암석으로 이루어진 핵이 존재합니다. 그 위로 액체 금속 수소가 있고 또 그 위로 헬륨이 작은 물방울 형태로 존재하는 비균질 지역과 수소분자지역 그리고 대기가 존재할 것으로 추정됩니다. 목성은 고도가 5,000km 이상이고 태양계에서 가장 큰 대기를 가지고 있습니다. 목성의 대기는 수소 약 75%와 헬륨 24%로 구성되어 있으며 나머지 1%만이 다른 원소들로 이루어져 있습니다. 또한 목성의 내부질량의 대략 71%가 수소이며 24%가 헬륨이며 5%가 다른 원소들로 이루어져 있습니다. 이 거대한 목성은 우리의 육안으로도 쉽게 발견할 수 있을 만큼 밝으며 달과 금성 다음으로 밝은 천체에 해당합니다. 목성의 표면, 즉 구름 상단 부분의 온도는 대략 섭씨 영하 148도 정도가 됩니다. 목성의 표면에는 희거나 적갈색을 띤 띠 또는 줄무늬가 보입니다. 검은 줄무늬를 띠라고 하고 밝은 줄무늬를 대라고 합니다. 적외선 관측 결과에 의하면 대는 띠보다 온도가 낮고 따라서 더 높은 상층에 위치해 있습니다. 그리고 대는 고압의 상승영역이고 띠는 저압의 하강영역임일 제시해 줍니다. 목성의 구름층 총두께는 대략 50km 정도이고 두껍고 낮은 층과 얇은 두 개의 구름층으로 이루어져 있습니다. 목성은 태양계의 모든 행성 중에서 가장 거대한 구름의 소용돌이를 보여줍니다. 이것을 그 유명한 대적점 또는 대적반이라고 하며 그 크기는 지구와 맞먹을 정도입니다. 겉에서 보기에는 보통의 소용돌이처럼 보이지만 대적반 내의 풍속은 초속 100m에 가까우며 매우 역동적입니다. 대적반 주위의 대기는 시계 반대 방향으로 순환합니다. 목성과 태양 사이의 평균 거리는 7억 7천만 km인데, 이 거리는 지구와 태양 사이의 평균 거리의 5.2배입니다. 0.048의 궤도 이심률 때문에 태양으로부터의 목성의 거리는 가장 가까울 때와 가장 멀 때가 대략 7천5백 km 차이가 납니다. 목성은 11.86년마다 한 번씩 태양의 주위를 공전하며 9.925시간마다 한 번씩 자전합니다. 이러한 자전 속도는 태양계의 모든 행성 중에서 가장 빠르며 이로 인해 적도 지방이 불룩한 타원체로 보이는 것입니다.
2. 목성의 갈릴레이 위성들
목성은 엷은 고리를 가지고 있으며 우리에게 잘 알려진 4개의 갈릴레이 위성과 그 외에 많은 위성을 가지고 있습니다. 목성은 그 위성들과 함께 작은 태양계라고 불리기도 합니다. 우리 태양계에서 행성과 소행성 등 여러 천체들이 태양을 중심으로 도는 것처럼 목성 주위로 수많은 목성의 위성들이 돌기 때문에 붙여졌습니다. 목성의 위성들 중 우리에게 익숙한 위성은 갈릴레이 위성일 것입니다. 1610년 갈릴레오 갈릴레이는 망원경을 이용하여 목성의 가장 큰 4개의 위성을 발견하였고 그 4개의 위성은 갈릴레이 위성이라고 명명되었습니다. 그것들은 이오, 가니메데, 유로파, 칼리스토입니다. 이후 1999년도까지 16개의 위성이 발견되었고 현재 나사 공식상으로 발견된 목성의 위성은 79개 이상입니다. 그중 53개는 지름 10km 미만으로 모두 1975년 이후로 발견된 것들입니다. 이오는 갈릴레이 위성 중에서 목성에 가장 가까운 위성입니다. 이오는 유로파, 가니메데와 1:2:4의 공전주기를 가지고 있습니다. 이러한 현상으로 인해 가니메데와 유로파는 이오가 목성을 공전할 때마다 동일 위치에서 힘을 가하게 됩니다. 이오는 목성과 가까워서 큰 조석력을 받으며, 주기적으로 가니메데와 유로파의 힘을 받아 형태가 조금씩 변하고 내부에는 마찰이 생기며 열이 발생하게 됩니다. 또한 탐사선으로 관측한 이오의 화산은 지구의 화산과 형태는 다르지만 용암이 흐르고 계속해서 활동하고 있습니다. 유로파의 크기는 갈릴레오 위성 중 가장 작습니다. 유로파의 지름은 약 3,130km이며 질량은 달의 0.65배 정도입니다. 관측 결과 유로파의 표면에는 구덩이가 거의 없고 철이 주성분인 핵과 규산염 맨틀, 그리고 얇은 지각으로 구성되어 있다고 알려져 있습니다. 또한 얇은 지각 밑에는 액체 상태의 바다가 있다고 추정하고 있습니다. 그리고 이오보다는 작지만 내부에는 열이 존재하고 이는 주변 위성들과 목성의 상호작용으로 인해 생성된 것으로 추정합니다. 가니메데는 태양계 안 위성들 중 가장 큰 위성이며 지름은 약 5,270km이고 갈릴레이 위성 중 목성으로부터 3번째로 떨어져 있습니다. 가니메데의 내부 구조는 부분적으로 용융상태인 철이 주성분인 핵이 존재하고 규산염의 하부 맨틀과 얼음으로 이루어진 상부 맨틀 그리고 얼음 지각으로 구성되어 있습니다. 가니메데의 표면은 융기한 부분과 패인 부분이 많이 있으며 이것으로 과거 지질활동이 있었다는 것을 추정할 수 있습니다. 칼리스토는 갈릴레이 위성 중 목성에서 가장 멀리 떨어져 있습니다. 지름은 대략 4,800km이며 질량은 달의 1.5배 정도입니다. 내부 구조는 단순히 얼음과 암석으로 되어 있고 지각은 얼음을 위주로 구성되어 있습니다. 칼리스토의 표면에는 충돌 흔적이 있는데 이는 충격에 의해 얼음이 녹아 여래겹의 고리들이 생겼다가 낮은 온도로 인해 바로 굳어버려 생긴 것으로 알려져 있습니다.
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