행성시리즈 4. 목성

목성의 특징

이번 시간에는 태양계에서 가장 큰 행성인 목성에 대해 알아보겠습니다. 목성은 크기도 크고 또 그만큼 햇빛 반사도 많아서 지구에서 관측할 때 금성 다음으로 가장 잘 보이는 행성입니다. 맨눈으로 관측이 가능하며 천체망원경을 이용하면 목성 표면의 줄무늬와 주변 위성들까지도 관측이 가능합니다. 목성의 자전주기는 약 10시간이고 공전주기는 약 4,329일로 12년 정도입니다. 공전주기가 긴 이유는 태양과의 거리가 지구-태양 거리에 비해 5배가 넘고, 옆에 위치한 화성과도 멀리 떨어져 있기 때문입니다. 반면 목성의 자전주기는 지구의 절반도 안 될 정도로 매우 빠르다는 것을 알 수 있는데요. 이 빠른 자전 때문에 목성의 적도 부분은 불룩하게 부푼 모양새를 띠고 있습니다. 목성의 대기가 기체 상태로 이루어져 있기 때문에 가능한 변화입니다. 목성의 질량은 무려 지구의 318배에 달합니다. 이 크고 무거운 행성의 자전 속도가 빠른 것이 더욱 신기한 일입니다. 목성은 중력과 자기장 또한 강력한데요. 목성의 중력은 지구의 2.52배, 자기장은 지구의 14배에 이릅니다. 목성의 대기는 수소와 헬륨 기체로 이루어져 있는데, 내부로 들어가면 액체 상태로 변화합니다. 대기의 압력을 세게 받다 보니 상태 변화가 일어나는 것입니다. 더 안쪽으로 가게 되면 지구의 1,000만 배가 넘는 압력을 받게 되어 금속과 비슷한 형태로 변하게 됩니다. 목성의 표면이 줄무늬를 띠는 이유는 무엇일까요? 목성의 표면은 어두운 줄무늬와 밝은 줄무늬가 번갈아가며 목성 전체를 둘러싸고 있는 것처럼 보입니다. 이 어두운 줄무늬를 띠, 밝은 줄무늬를 대라고 부르는데 적외선으로 관측해 보면 띠와 대의 확실한 온도차를 확인해 볼 수 있습니다. 그래서 과학자들은 온도차에 의해 기류가 나뉘어 줄무늬가 생겼다고 추측하기도 하지만 아직까지 명확한 원인은 밝혀지지 않았습니다.

 

목성이 가진 붉은 반점은 무엇일까?

목성 사진을 보면 붉은 반점을 쉽게 볼 수 있는데 이는 대적점이라고 하는 거대한 태풍입니다. 1665년 프랑스의 천문학자 조반니 카시니(Giovanni Domenico Cassini, 1625-1712)에 의해 처음 발견되었으며 이때는 단순히 특이한 색깔이라고 생각했다고 합니다. 대적점의 실체가 밝혀진 건 1979년 보이저 2호가 근접 비행에 성공하며 대적점에서 풍속 500km의 거대한 소용돌이를 관측하면서부터입니다. 사실은 거대하게 큰 태풍이라는 사실을 알게 된 것입니다. 이 태풍은 조반니 카시니가 처음 관측했을 때에도 진행 중이었기 때문에 언제부터 형성되었는지는 알지 못하나, 처음 관측 때만 거슬러 가도 최소 3백 년 이상을 활동하고 있는 아주 오래된 태풍입니다. 이처럼 태풍이 사라지지 않고 지속할 수 있는 이유는 무엇일까요? 대적점의 에너지 자체가 대단하기도 하지만 더욱이 태풍과 부딪힐 지면이 목성에는 없기 때문입니다. 지구의 태풍은 단단한 육지와 부딪히며 약해지다가 결국 사라지는데요. 목성은 육지가 없기 때문에 태풍의 에너지와 부딪힐 힘이 없어서 이토록 오래 유지되는 것입니다. 하지만 대적점도 근래 들어 소멸설이 돌고 있습니다. 최근 관측한 대적점의 크기는 지구의 1.3배로 지구가 들어가고도 남을 정도로 거대하지만 1800년대 초에 관측한 대적점의 크기는 무려 지구의 3-4배 정도였습니다. 그리고 1세기가 경과할 때마다 줄어드는 크기를 보여주며 대적점이 소멸하는 것이 아닌가 하는 의문이 제기된 것입니다. 하지만 2016년 탐사선 주노에 의하면 대적점의 깊이는 350~500km 아래까지 꽤나 깊이 뻗어있다고 합니다. 이는 쉽게 소멸되지 않을 것이라고 볼 수도 있겠는데요. 현재까지 대적점의 크기가 줄어드는 이유 또한 알 수 없어서 앞으로의 탐사를 통해 이유가 밝혀진다면 대적점의 미래도 알 수 있지 않을까 생각됩니다. 

 

목성의 위성

목성은 거대한 크기만큼 위성 수도 태양계에서 1,2위를 다투고 있습니다. 태양계 행성 중 두 번째로 큰 토성과 앞다퉈 위성들이 계속해서 발견되며 엎치락뒤치락하고 있는데요. 2022년 목성에서 12개의 위성이 추가로 발견되며 현재는 목성이 가장 많은 위성을 보유하고 있습니다. 현재 기준 관측된 위성은 총 92개입니다. 목성의 위성 중 가장 잘 알려진 4개 위성은 1610년 갈릴레이가 발견한 유로파, 가니메데, 칼리스토, 이오입니다. 이 4개 위성이 유명한 이유는 갈릴레이가 살던 당시 우세했던 천동설이 틀렸다는 것을 입증해 주었기 때문입니다. 천동설에 의하면 모든 천체는 지구 주위를 돌아야 하는데 목성을 도는 위성의 발견은 당시 충격적인 일이었지요. 또한 이 4개의 위성 중 이오는 광속 측정에도 도움을 주었습니다. 이전에도 광속 측정을 위한 시도가 있었지만 지구에서의 한계로 성공하지 못했는데요. 덴마크의 천문학자 올러 뢰머(Ole Christenen Romer, 1644-1710)가 우주로 범위를 확장하며 이오의 운동을 통해 광속 측정에 성공하게 됩니다.