태양계의 행성, 고리를 가진 토성

토성

 

아름다운 고리를 가진 토성은 태양계에서 가장 사랑 받는 행성입니다. 이 행성은 1610년 갈릴레오 갈릴레이에 의해 처음으로 관찰되었습니다. 하지만, 망원경의 해상도가 낮아서 정확한 모양을 알 수 없었습니다. 이 고리들은 네덜란드 천문학자 크리스티안 하위헌스가 죽은 지 약 50년 후인 1656년에 나중에 발견되었습니다. 토성의 신비는 주로 태양계 우주선 보이저 1호와 2호에 의해 밝혀졌습니다. 지금까지 신비한 위성 타이탄을 포함해 수십 개의 위성이 있습니다. 토성은 지름이 약 9.5배이고 질량은 약 95배로 목성 다음으로 태양계에서 두 번째로 큽니다. 토성은 태양으로부터 9.7km/s의 속도로 공전하는데, 이 속도는 지구 시간으로 약 29.6년이 걸립니다.

 

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토성의 모습, 토성은 어떤 모습을 하고 있을까?

토성의 대기는 목성과 같은 띠를 가지고 있어서 목성보다 희미하고 적도면에서는 상대적으로 두껍습니다. 그러나 목성보다 소용돌이가 비교적 적고 가끔 큰 소용돌이가 나타나기는 하지만 목성의 대적점에 비하면 매우 작습니다. 토성의 대기는 목성의 대기와 비슷합니다. 지금까지 검출된 것은 메탄, 암모니아, 에탄, 헬륨, 수소 분자로 그중에서도 가장 풍부하다고 합니다.

토성의 표면 온도는 -176°C 정도로 낮습니다. 구름은 온도가 낮기 때문에 더 낮은 고도에 위치하기 때문에 목성보다 색이 덜 합니다. 목성과 마찬가지로 토성은 태양보다 더 많은 에너지를 방출합니다. 그러나 목성과 마찬가지로 중력 수축으로 인한 에너지로 설명하기에는 충분하지 않습니다. 천문학자들은 헬륨 비에 그 에너지원을 가지고 있습니다. 이것은 다른 목성형 행성보다 대기 상층에 헬륨이 적게 있고, 온도가 낮은 토성에서는 헬륨이 내려와 액체 수소를 통과하여 마찰을 일으키고 에너지를 생성한다는 것을 의미합니다.

 

토성은 태양계에서 목성 다음으로 두 번째로 큰 행성이지만, ³ 밀도는 약 687kg/m로 가장 낮습니다. 이것은 종종 '토성을 물에 넣을 수 있다면 떠다니는' 것으로 묘사되는 물 밀도보다 낮습니다. 토성은 겉보기에는 평평하고 0.108의 평평함을 가지고 있습니다. 이것은 그것의 빠른 회전과 유동성 때문입니다. 다른 기체 행성들은 평평하지만 토성만큼은 아닙니다. 토성의 내부는 목성의 그것과 매우 비슷합니다. 그것은 얼음과 중심부를 가지고 있을 것이고, 그 위에는 액체 금속 수소가 있습니다. 바깥에는 이질성이라고 불리는 층이 있는데, 여기서 헬륨은 작은 물방울의 형태로 존재합니다. 그 위에는 수소 분자의 층이 있다고 알려져 있습니다.

탐사선에 의하면 토성은 10시간 39분마다 회전한다고 합니다. 그리고 토성도 기체 행성이기 때문에 자전축이 궤도면에 비해 약 27° 기울어져 있기 때문에 다르게 회전합니다. 토성은 태양으로부터 약 14억 킬로미터를 공전합니다. 토성은 약 96억 5천만 킬로미터/s의 속도로 공전합니다. 이심률은 0.054이므로 태양에 가까울 때는 약 13억 5천만 킬로미터, 멀리 있을 때는 약 15억 킬로미터까지 접근합니다. 토성의 자전축은 기울어져 있지만 궤도로 기울어져 있어 지구와 같은 계절이 나타납니다. 지구에서 볼 때 고리의 모양은 30년마다 변하는데, 고리의 평면이 태양과 일치하면 우리는 토성의 고리를 눈으로 볼 수 없습니다. 이 현상은 매 주기마다 두 번, 또는 약 15년 주기마다 발생합니다.
토성은 태양계에서 목성 다음으로 두 번째로 큰 행성이지만, ³ 밀도는 약 687kg/m로 가장 낮습니다. 이것은 종종 '토성을 물에 넣을 수 있다면 떠다니는' 것으로 묘사되는 물 밀도보다 낮습니다. 토성은 겉보기에는 평평하고 0.108의 평평함을 가지고 있습니다. 이것은 그것의 빠른 회전과 유동성 때문입니다. 다른 기체 행성들은 평평하지만 토성만큼은 아닙니다. 토성의 내부는 목성의 그것과 매우 비슷합니다. 그것은 얼음과 중심부를 가지고 있을 것이고, 그 위에는 액체 금속 수소가 있습니다. 바깥에는 이질성이라고 불리는 층이 있는데, 여기서 헬륨은 작은 물방울의 형태로 존재합니다. 그 위에는 수소 분자의 층이 있다고 알려져 있습니다.

탐사선이 관측한 바에 따르면, 토성은 매 10시간 39분마다 자전합니다. 그리고 토성은 기체 행성이기 때문에 차등적으로 자전하며, 자전축은 궤도면에 비해 약 27° 기울어져 있습니다. 토성은 태양으로부터 약 14억 킬로미터를 공전합니다. 토성은 약 9.65km/s의 속도로 공전합니다. 이심률은 0.054이므로 태양에 가까울 때는 약 13억 5천만 킬로미터, 멀리 있을 때는 약 15억 킬로미터에 가까워집니다. 토성의 자전축은 기울어져 있지만, 기울어져 있기 때문에 지구와 같은 계절이 나타납니다. 고리의 모양은 30년마다 변합니다.

토성도 목성과 마찬가지로 액체금속 수소에 의한 자기장이 있는 것으로 알려져 있습니다. 그런데 목성보다 자기장이 약해서 태양풍이 강하면 토성 반지름의 20배 정도 감소하고, 태양풍이 약해지면 30배 이상 증가합니다.

 

토성의 고리는 무엇으로 이루어져있는가?

토성의 고리는 1609년 갈릴레오에 의해 처음으로 발견되었습니다. 갈릴레오는 그 당시 망원경의 성능이 좋지 않았기 때문에 자신이 발견한 것이 고리인지 확신하지 못했고, 그는 고리들이 행성의 양쪽에 이상한 귀 모양의 물체가 붙어 있다고 설명했습니다. 약 50년 후, 네덜란드의 천문학자 하위헌스는 토성의 "양쪽 귀"가 고리라는 것을 발견했습니다. 그리고 1675년, 이탈리아의 천문학자 장 도미니크 카시니는 토성의 고리를 자세히 관찰하기 위해 더 나은 망원경을 사용했고 그것들이 단지 하나가 아니라 여러 개의 고리로 구성되어 있다는 것을 발견했습니다. 게다가, 그는 고리 사이에 큰 틈이 있다는 것을 발견했는데, 이것을 카시니 분할이라고 합니다.

우주선 관측에 따르면, 토성의 고리는 비닐 레코드처럼 정교하게 배열된 다수의 얇은 고리로 구성되어 있습니다. 토성의 고리는 적도에 위치해 있고 토성 표면 위 70,000 킬로미터에서 140,000 킬로미터에 이릅니다. 토성의 고리는 기차에 닿은 아주 작은 알갱이 크기의 얼음으로 구성되어 있습니다.

많은 천문학자들은 토성이 형성된 후 남겨진 물질이 고리라고 추측합니다. 다시 말해서, 토성은 성운으로부터 형성되었고, 고리는 동시에 형성되었습니다. 이것은 토성의 거대한 고리 체계와 고리의 희박한 밀도와 같은 많은 것들을 설명할 수 있지만, 어떻게 고리 체계가 45억 년 이상 동안 유지될 수 있었는지를 설명하기 어렵습니다. 일부 천문학자들은 토성의 고리가 토성의 강한 중력에 의해 산산조각이 난 달의 잔해라고 주장합니다. 다시 말해서, 위성, 유성체, 혜성과 같은 천체들이 토성에 가까이 가면 조석력에 의해 부서지고, 그 후 파편들이 남아 있다가 상호 마찰에 의해 더 부서져 고리를 형성합니다.

 

 

두번째로 큰 위성

토성에는 수십 개의 위성이 있습니다. 그들 중 대부분은 얼음 덩어리로 구성되어 있고, 그 중 일부는 바위도 섞여 있습니다. 토성의 위성을 볼 때, 상대적으로 큰 위성의 첫 번째 충돌 구멍은 보존되지 않았습니다. 다시 말해서, 어떤 내부 열원 때문에 표면이 변했다고 추정할 수 있습니다. 그러나 상대적으로 작은 위성의 경우, 충돌 구멍은 보존되었습니다. 결과적으로, 천문학자들은 토성의 위성이 여러 개의 큰 천체가 부서지면서 만들어졌다고 추측합니다.

토성에는 태양계에서 두 번째로 큰 위성인 타이탄이 있습니다. 타이탄은 지름이 약 5,150km이고 질량이 약 1.37×1023인 목성의 가니메데 다음으로 두 번째로 큰 태양계 위성입니다. 타이탄은 표면 중력이 작음에도 불구하고 낮은 온도(약 -180°C)의 대기를 가지고 있었는데, 1944년 천문학자 제라드 피터 카이퍼가 타이탄의 대기에 메탄이 포함되어 있다는 것을 발견했습니다. 타이탄의 대기는 대부분 질소로 구성되어 있고 미량의 일산화탄소 수소 분자뿐만 아니라 메탄과 아르곤을 포함하고 있습니다.

타이탄의 발견 이후, 카시니는 1671년과 1684년 사이에 이아페투스, 테티스, 디온네를 포함한 토성의 여러 위성을 발견했을 때 토성의 연구에 중요한 기여를 했습니다. 카시니의 발견은 목성에서 처음 발견된 네 개의 소위 갈릴레오 위성 중 가장 작은 유로파보다 훨씬 작은 위성을 포함했습니다. 그들 중에서, 이아페투스는 지름이 약 1,440 킬로미터이고, 가장 작은 테티스는 약 1,060 킬로미터입니다. 이아페투스는 특이한 표면을 가지고 있습니다. 토성의 다른 위성들보다 약 10배에서 15배 밝은 이아페투스의 땅은 완전히 밝지는 않습니다; 밝은 곳은 눈처럼 하얗고 어두운 곳은 숯을 연상시킬 수 있을 정도로 어둡습니다. 보이저 1호는 두 면이 얼음으로 덮여 있고 어두운 곳은 먼지로 덮여 있는 이아페투스를 발견했습니다. 디온네는 지름이 약 1,120 킬로미터이고 토성으로부터 약 377,000 킬로미터 떨어져 있는데, 이것은 매 2.7일마다 토성을 돌고 있습니다.

19세기 말에, 토성의 위성은 약 9개라고 알려져 있었습니다. 9번째 포에베는 1898년 미국 천문학자 에드워드 찰스 피커링에 의해 발견되었습니다. 그것은 천문학자들이 가까이에서 관찰했던 토성의 다른 위성들과 반대 방향으로 회전했습니다. 그것은 토성의 위성들 중 가장 멀리 있기 때문에, 포에베는 토성으로부터 평균 약 1,300만 km의 거리를 가지고 있고, 그 행성의 궤도를 돌는데 약 550일이 걸립니다. 토성의 위성들은 많은 분화구들을 특징으로 하고 있는데, 그 중 미마스는 자신의 크기보다 더 커서 주목을 받습니다. 이 분화구는 미마스 면적의 약 4분의 1을 차지합니다.