신기한 목성 - 우리가 그냥 지나쳤을 법한 목성의 신비

목성은 태양계 행성 중 부피와 질량이 가장 큰 행성으로, 조금만 더 컸으면 별이 될 수 있었을 뻔한 어찌보면 비운의 행성(?) 이기도 합니다. 이번 포스팅에서는 우리가 몰랐던 신기한 목성에 대한 이야기를 해 보고자 합니다.

 

  1. 목성의 개관

목성의 부피, 질량 등과 같은 기본적인 스펙은 다른 곳을 찾아도 많이 나오지만 글의 흐름상 우선 소개해 보고자 합니다.

 

궤도 긴반지름 : 5.2AU(778,547,200km)

근일점과 원일점 : 4.95AU, 5.46AU

공전주기 : 11.86년

궤도 경사 : 1.3도

궤도 이심률 : 0.048

위성 수 : 79개(엄청 많네요;;;;;)

지름 : 139,822km

부피 : 1.431×10^15km³

밀도 : 1.326g/cm³

질량 : 1.9×10^27kg

중력 : 24.79m/s²

자전주기 : 9.9시간

(참고 : 위키피디아)

 

위키피디아를 참고하여 몇 가지 스펙만 추려보았습니다. 재밌는거는 위성의 수가 엄청나게 많다는 것, 질량이 대충 지금보다 100배만 컸어도 별이 될 뻔했다는 것(별이 되기 위한 최소 질량은 태양 질량의 0.08배 입니다) 중력이 지구의 대략 거의 3배 가량이 된다는 점입니다.

<목성의 가장 대표적인 4개 위성, 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토(출처 : space exploration)>

  2. 거꾸로 공전하는 목성의 위성

첫 번째로 언급할 내용이 거꾸로 공전하는 목성의 위성이 존재한다는 것 입니다. 태양계 거의 대부분의 행성들과 위성들은 반시계 방향으로 공전하고, 동시에 자전하고 있습니다. 이는 목성의 위성들도 마찬가지 입니다. 그런데 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토 등과 같이 잘 알려진 목성의 위성들 말고, 목성 위성들 중 비교적 공전궤도 반지름이 큰 바깥쪽 위성들 중 일부가 시계방향으로 공전하고 있습니다. 

  하지만, 이들 위성이 시계방향으로 공전한다고 하여 태양계 형성의 기초이론인 성운설이 통째로 위배된다 할 수 없습니다. 거꾸로 공전하는 이들 위성은 목성 위성들 중 공전 궤도가 바깥쪽에 위치한다는 사실을 바탕으로 유추해 보면, 이들 위성은 목성과 목성의 위성이 어느정도 다 만들어진 이후에 목성 주변을 지나가던 작은 미행성들이 목성의 중력에 이끌려 나중에 들어오며 우연히 시계방향으로 공전하게 됬다고 합니다.

<목성과 대적반(출처 : The Atlantic)>

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  3. 위치가 바뀌지 않은 목성의 대적반

목성 대적반은 과학자들조차 아직도 정확한 원인을 모른다고 합니다. 다만 강한 소용돌이가 원인일 것으로 추측하고 있다고 하는데, 어찌되었든 이 대적반의 크기나 색깔은 조금씩 변화한다고 합니다. 하지만 지금까지 적도로 부터 떨어진 좌표는 단 한번도 변한적이 없다고 합니다. 위치가 바뀌어 보이는건 목성의 자전 때문이지 대적반 자체가 스스로 움직이는 것은 아니니 오해하지는 마세요

  4. 목성의 줄무늬는 무엇때문에 있는 것일까?

학생들에게 망원경으로 목성과 토성을 보여주면 10명 중 9명은 굉장히 신기해 합니다. 망원경으로 목성이나 토성을 보아도 손톱만한 크기에 다소 실망할 법 한데도, 엄청 신기해 합니다. 토성이야 고리가 있으니 그렇다 쳐도 목성의 신비함에 놀라는 것은, 첫째 목성 주변에 보이는 작은 위성 4개와 뚜렷하게 보이는 목성의 줄무늬 때문입니다. 그런데 목성에 줄무늬가 있다고 이야기 하면, 그러려니 하고 넘어갈 뿐, 여기에 의문을 품는 사람들을 많지 않습니다. 

 

목성 줄무늬의 원인은 바로 목성 대기의 대류 때문입니다. 아래 그림을 보면 알 수 있습니다.

<목성 줄무늬의 원리(출처 : Foundations of Earth Science(8th))>

목성 줄무늬를 자세히 보면 위 그림처럼 밝은 곳이 있고 어두운 곳이 있습니다. 밝은 부분을 대(zones)라고 하고, 어두운 부분을 띠(Belts)라고 합니다. 대는 목성 대기의 상승부로, 고도가 높고 온도가 낮은 영역이며, 띠는 목성 대기가 하강하는 곳으로, 대보다 고도가 낮고 온도가 높은 영역입니다. 그리고 띠와 대 사이에는 큰 고도차가 발생, 마치 지구로 따지면 큰 기압경도력이 작용하고, 지구의 제트류와 유사한 형태의 빠르게 흐르는 바람이 발생합니다. 

 

  5. 목성의 줄무늬는 무엇때문에 있는 것일까?

글을 작성하고 있는 2022년 4월인 요즘 밤하늘에서는 목성을 볼 수 없습니다. 아마도 여름 부터 가을 사이에 목성을 관측하기에 최 적기가 될 것으로 생각하는데, 이 시기에 초저녁 동쪽하늘 또는 남쪽하늘 부근 낮은 고도에 엄청 노랗고 밝은별이 보이면 10중 8, 9 목성일 가능성이 매우 높습니다. 학교에 망원경이 있다면, 목성을 찾는 것을 어렵지 않으니 목성을 찾아 직접 관측해 보고, 만약 없다면 주면 천문대에 가서 목성을 직접 관측해 보는 것을 추천합니다.