목성(Jupiter)

목성(Jupiter)

 

 

목성은 태양계에서 5번째 행성으로 가장 크다. 만일 목성 속에 지구를 넣는다면 천개 정도는 들어갈 수 있을 것이다. 또한 목성은 다른 모든 행성을 합친 것 보다도 큰 질량을 갖고 있다. 목성의 질량은 1.9 x 1027 kg 이나 되며, 적도 둘레가 142,800킬로미터에 달한다. 위성는 16개를 갖고 있으며 그 중 4개가 칼리스토(Callisto),에우로파(Europa), 가니메데(Ganymede) 그리고 이오(Io)이다. 이 위성들은 1610년, 갈릴레오(Galileo)가 처음 발견하여 관찰하였다. 목성에도 고리가 있으나 희미하여 지구에서는 전혀 볼 수가 없다(목성의 고리는 1979년, 보이저1호에 의해 발견됨). 목성의 대기는 매우 두꺼운데, 아마도 이 행성 전체가 대기층으로 이루어졌을 것이며 어쩌면 태양과 비슷할 것이다. 주로 수소와 헬륨으로 이루어지고 소량의 메탄,암모니아,수증기 그리고 다른 화합물로 구성되어 있다. 목성의 깊은 곳에서는, 압력이 엄청나기 때문에 수소 원자들은 파괴되고 전자들이 해방되므로 수소 원자는 벌거벗은 양성자로 되어있을 것이다. 그 결과 수소는 금속성을 가지게 된다. 수평으로 나 있는 색띠들은 대기의 구름층과 목성의 역동적인 기상 현상으로 나타나는 폭풍때문에 나타난다. 구름의 패턴은 시간 혹은 일 간격으로 변화해 간다. 거대한 붉은 반점(Red Spot)은 복잡한 폭풍으로서 반 시계 방향으로 움직인다. 적반의 가장자리의 물질들은 4-6일을 주기로 회전하는 것으로 관찰되며 중심부에서의 운동은 작고 그 방향이 일정치 않다. 다른 소규모 폭풍들과 소용돌이들이 색띠를 따라서 열지어 나타난다. 지구에서의 극광(northern lights) 처럼 목성의 극 지방에서도 오로라(Aurora) 현상이 관찰된다. 오로라 현상은 이오(Io)로부터 흘러드는 물질과 관련이 있는 것으로 보이는데, 물질의 흐름이 목성의 자기장을 따라 나선형으로 회전하면서 목성의 대기권 속으로 빨려 들어가는 것으로 생각된다. 그리고 지구의 상층 대기권에서의 전광(superbolts)과 비슷한 현상이, 목성의 상층 구름의 위에서 관찰된다.   목성의 고리(Jupiter's Ring) 토성의 복잡한 고리 패턴과는 대조적으로 목성은 단 하나의 고리를 갖고 있으며, 그 고리는 거의 균일한 구조를 가지고 있다. 목성의 고리는 직경이 10미크론 보다 작은 먼지 입자들(담배 연기 입자 크기)로 구성되어 있는 것으로 추측된다. 외측 가장자리는 행성의 중심으로 부터 129,000킬로미터, 내측 가장자리는 30,000킬로미터 정도 된다. 고리의 궤도를 따라 공전하던 작은 달들이 운석의 폭격을 받아 고리의 기원이 된 것으로 보인다. 목성의 고리와 위성들은 이 행성의 자기장에 갇혀있는 전자와 이온으로 된 강한 방사능대에 위치한다. 이들 입자들과 장(field)은 목성 자기권(magnetosphere) 혹은 자기장 환경 을 구성하고 있는데, 태양쪽으로는 2-7백만 킬로미터 까지, 반대 방향으로는 7억 5천만 킬로미터로 거의 토성의 궤도까지 바람주머니(windsock)모양으로 펼쳐져 있다.

소개(Introduction)

 

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특   징

목성 데이터(Jupiter Statistics) 질량 (kg) 1.900e+27 질량 (지구 = 1) 3.1794e+02 적도 반경 (km) 71,492 적도 반경 (지구 = 1) 1.1209e+01 평균 밀도 (gm/cm^3) 1.33 태양으로부터의 평균 거리 (km) 778,330,000 태양으로부터의 평균 거리 (지구 = 1) 5.2028 자전 주기 (일) 0.41354 공전 주기 (일) 4332.71 평균 공전 속도 (km/sec) 13.07 궤도 이심률 0.0483 자전축의 경사 (도) 3.13 궤도면의 경사 (도) 1.308 적도 표면 중력 (m/sec^2) 22.88 적도 탈출 속도 (km/sec) 59.56 알비도(Visual geometric albedo) 0.52 밝기 등급 (Vo) -2.70 평균 구름 온도 -121°C 대기압 (bars) 0.7 대기의 조성 수소 헬륨   90% 10%

 

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신화와 전설

목성의 영어명 주피터는 로마식으로는 유피테르인데 모두 그리스의 최고신 제우스에서 유래한다. 행성 중 가장 크기 때문에 최고신의 이름이 붙었다. 제우스라는 이름의 의미는 빛, 낮, 천공(天空)을 뜻한다. 제우스의 새는 독수리이고, 번개를 무기로 삼았다. 제우스는 크로노스와 레아 사이의 막내아들이다. 크로노스는 자기 자식에게 왕위를 빼앗긴다고 하는 예언을 두려워하여 태어난 자기의 자식 포세이돈, 하데스, 헤스티아, 데메테르, 헤라를 차례차례 삼켜버렸다. 그러자 화가 난 레아는 제우스가 태어났을 때에는 돌을 제우스인 것처럼 위장해서 남편이 삼키게 하고는 제우스를 살려냈다. 그리고 크레타섬의 딕테산에 있는 동굴에 제우스를 숨기고 님프와 염소 아말테이아에게 키우도록 하였다. 성장한 제우스는 첫아내 메티스를 설득하여 크로노스에게 구토제를 마시게 해서 뱃속에 있는 형제들을 토해 내게 하였다. 그리고 이 형제들과 합세하여 크로노스를 무찔렀다. 제우스는 다시 타이탄족과 10년 동안 싸웠는데, 가이아의 계략대로 키클롭스와 헤카톤케이르를 자기 편으로 끌어들여 승리를 거두었다. 세계를 정복한 후 제우스는 하늘, 포세이돈은 바다, 하데스는 지옥을 차지하였다.

 

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기   원

지금으로부터 약 46억년 전, 원시태양을 둘러싼 원반 모양의 먼지 덩어리가 뭉쳐 원시행성이 형성되었다. 목성 궤도 위에서 지구 질량의 십여 배의 크기로 자란 원시행성은, 거대한 중력에 의해 자체 질량의 약 20배나 되는 많은 원시 태양계 성운가스를 주위로 끌어 당겼다. 수소를 주성분으로 하는 원시 성운가스는 철과 규산염의 암석으로 된 원시행성 위에 두텁게 달라붙어 목성이 되었다. 태양계 최대의 행성인 목성은 태양을 제외한 태양계 전체 질량의 70%를 차지한다. 목성을 구성하고 있는 물질의 대부분은 수소와 헬륨으로 태양과 비슷하다. 그래서, 목성도 좀더 크다면 태양과 같은 항성이 되었을 지도 모른다. 실제로 우주에서는 태양처럼 단독으로 존재하는 항성 보다는 이중성을 이루는 것이 보통이다. 목성의 경우 핵융합반응이 일어나기 위해서는 목성의 100배 정도의 질량이 필요한 것으로 생각된다.

 

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목성의 고리(Rings of Jupiter)

이름 거리* 폭 두께 질량 알베도 할로(Halo) 100,000 km 22,800 km 20,000 km ? 0.05 메인(Main) 122,800 km 6,400 km < 30 km 1 x 10^13 kg 0.05 안쪽 고사메르(Gossamer) 129,200 km 850,000 km ? ? 0.05 바깥쪽 고사메르(Gossamer) 181,000 km 40,000 km ? ? 0.05

 

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대   기

줄무늬 목성에는 동서 방향으로 뻗은 줄무늬가 있다. 이것은 대기 중에 성분이 다른 구름층이 있기 때문이다. 대기의 상층에 있는 암모니아의 얼음으로 된 흰구름과 하층의 황화수소암모늄으로 된 다갈색의 구름이 줄무늬를 이루고 있다. 이러한 줄무늬는 가스 행성에 특유한 대기의 운동에 의해 생긴다. 목성에는 지구와 같은 단단한 지면이 없다. 그래서 목성의 대기 운동은 표면만의 현상이 아니라 내부의 유체 운동의 영향을 받게 된다. 목성 표면에는 동서 방향으로 줄무늬가 뻗어 있다. 목성형 행성은 지면이 없으므로 자기장과 전파 자료에서 자전속도를 알 수 있다. 자기장은 행성 내부에서 만들어지고 행성의 자전과 함께 자기장도 돌게 된다. 행성 자기권에서 발생하는 전파도 같은 주기로 변동한다. 이것을 그 행성의 자전 속도로 하고, 그보다 빠른 흐름은 동서풍이고 느린 흐름은 서동풍이 된다. 동서풍의 모습은 행성마다 달라서 토성의 적도에서는 초속 500m나 되는 동서풍이 불고 있어, 토성의 대기 운동이 매우 격렬하다는 것을 알 수 있다. 해왕성의 적도에서는 초속 600m로 서동풍이 불고 있다. 옆으로 누워 자전하는 천왕성의 경우 목성과 마찬가지로 동서풍이 분다. 동서풍은 행성 내부에서 솟아오르는 열에 의한 대류 운동과 코리올리의 힘에 의해 만들어진다. 코리올리의 힘이란 자전하는 행성에서 흐름을 바꾸려는 힘으로 목성에서는 남반구에서 흐름을 왼쪽으로 휘게 한다. 목성의 대기운동은 목성 깊이까지 활발하다. 태양광의 입사 등 외적요인으로 대기 운동이 일어나는 경우 깊어질수록 풍속이 약해지지만 깊은 곳까지 풍속이 변하지 않는 것은 목성내부의 열 때문에 운동을 일으키기 때문이다. 목성의 표면 온도는 -150℃이지만 목성이 태양으로부터 오는 열만으로 유지한다면 표면온도는 20℃나 더 낮아진다. 목성은 태양으로부터 받는 열의 2배 이상의 열을 내부에서 공급한다. 열을 공급하는 원천은 목성이 형성되었을 때 발생한 중력에너지로 생각된다.   대적점 목성의 표면에는 대적점이라고 부르는 붉은 소용돌이가 있다. 이것은 17세기에 프랑스의 천문학자 카시니가 발견하였는데, 그 후 300년에 걸쳐 한 번도 사라지지 않고 계속 관측이 되고 있다. 그 크기는 동서 24,000km, 남북으로 13,000km에 이르러 지구 2개 정도가 들어가고도 남는다. 목성표면의 대적점. 300년 이상 유지되고 있다. 대적점은 주위의 대기에 비해 정상 부근이 부풀어 있으며, 고도가 높은 부분은 표면 온도가 낮다. 붉게 보이는 이유는 아래층에 있는 인화수소가 상승하여 태양의 자외선으로 분해되고 붉은 인으로 되기 때문이다. 솟아오른 가스는 주위로 흘러나갈 때 코리올리의 힘에 의해 고기압과 같은 방향의 소용돌이가 된다. 대적점은 남반구에 있으므로 시계 반대방향으로 회전한다. 지구상의 거대한 대기의 소용돌이인 태풍이나 저기압도 대적점처럼 300년 이상이나 존재하는 일은 없다. 대적점의 원리를 설명하는 학설 중 가장 유력한 견해는 고립파 이론이다. 대적점은 고립파라 부르는 일종의 파동이고, 주위의 기류로부터 에너지를 받아, 에너지 균형이 잘 잡힌 상태를 유지하게 된다. 이런 소용돌이는 목성에만 있는 것이 아니다. 토성에서도 암모니아의 응결에 의하여 흰색으로 보이는 대백점이 발생한다. 그러나, 이것은 대백점처럼 긴 수명은 아니다. 해왕성에도 지구 지름 정도의 크기인 대암점이라 불리는 시계 반대방향의 소용돌이가 있다. 그러나, 대기의 솟아오름은 관측되고 있지 않아서 목성의 대적점과 다른 것으로 생각된다.