충북대학교 천문우주학과 충북대학교 천문우주학과

충북대학교 천문우주학과

충북대학교 천문우주학과

 목성:

지구 직경의 11배 이상, 우리태양계에서 가장 큰 행성

 토성:

구름 belt와 zone들이 목 성보다 덜 뚜렷

 천왕성과 해왕성: 지구 직경의 4배

 지구는 지구형행성 중 가장 크지만, 목성행 행성 들과 비교하면 아주 작다

 천왕성과 해왕성:

수소가 많은 대기에 포함된 작은 양의 메탄 때문에 초록색과 푸른색을 띤다

목성의 한 위성 에 의한 그림자

목성형 행성

1. 외행성탐사 (outer planet)

2. 특징

4. 자기권

3. 대기

5. 고리와 위성 계

6. 갈릴레오위성 과 타이탄 7. 트라이튼과

명왕성

8. 행성의 고리

 행성계 대부분의 질량이 외 태양계에 몰려있음

 산소위주가 아닌 수소위주의 화학성분

 물 얼음과 다른 활성 분자 응고

: 태양계 형성 시 태양으로부터 먼 부분의 태양계 성운 온도 낮았음

 외행성 형성 시기 고체물질들이 주변에 존재

좀더 큰 중력을 갖게 되어 태양계 성운에 존재하던 수소와 헬륨 잡아 모음.

구성과 화학

 수소가 많아 환원반응을 함.

 대부분의 산소 수소와 화합( )

: 다른 원소와 결합하여 산화물 만들 수 없음

 거대 행성의 대기 분자들은 수소 기저 기체

화학 조성

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1. 외행성 (outer planet)탐사

 어려운 점

: 태양 전지 판을 사용할 수 없어 자체 전력을 가지고 가야 함 장비를 작동하기 위해 전열기를 사용

강력한 전파 송출기와 안테나 필요 외 태양계 탐사

• 미국 5개, 유럽1개, 모두 6개의 우주선이 소행성대 너머로 감.

• 가장 큰 성과를 이룬 보이저 1호,2호

- 11개의 과학 장비 탑재

- 중력의 도움으로 경로를 바꾸어

다음 행성방문(약 175년마다 한번 씩 가능)

• 모든 우주선 거대 행성 주위를 통과비행

5

6



1995년 12월, 목성 대기에 탐사구 진입

- 불타는 유성처럼 낙하.

- 대기의 마찰력으로 인해 탐사구의 속도가 줄어들면서 열 방패 분사분리, 낙하산이 퍼지면서 대기 중에 낙하.

- 탐사구는 57분간 하강하면서 측정, 깊이 200km, 목성 의 바람 때문에 수평으로 약 500km 이동.

- 목성 대기의 고온 지역에서 송출기 작동 중단.

- 수분 후에 낙하산이 , 수시간 이내에 탐사구가 녹아버림.

- 탐사구의 마지막 자료 수신한 지 약 2시간 후 갈릴레오 우주선은 역 추진 로켓을 분사하여 감속시켜 목성 주위의 궤도 진입.

- 1996년 4월, 추가로 로켓 분사, 목성궤도 진입 마무리.

- 2년 동안 큰 위성들 반복하여 근접, 보이저 보다 100배 좋은 해상도로 사진관측과 기타 관측 수행.

갈릴레오 우주선

7

 1997년 10월 ㅂ발사, 7년간 35억 km 비행 후 토성궤도에 진입(2004년 7월)

- 2004년 12월 호이겐스 탐사선을 타이탄에 착륙시킴 - 40억년의 지구비밀을 밝힐 연구 (질소 대기의 비밀)

카시니 탐사선

8 10장 거대 행성들



목성은 토성보다 질량 약 4배 큼, 두 행성의 성분과 내부 구조 공통점.

 천왕성과 해왕성 상대적으로 작은 크기, 성분 구조 면에서 목성 토성과 차이점.

밀도 높음(수소, 헬륨 이외에 많은 중원소 존재)

기본 성질들

2. 목성형 행성의 특징

9



낮은 밀도: 수중기 얼어서 얼음 덩어리가 되는 외부 태양성운에서 형성되었기 때문

얼음이 원시행성으로 모여질 때 암석질 지구형 행성이나 소행성보 다 더 낮은 밀도를 지님

이런 행성들이 충분한 질량이 되기만 하면, 성운으로 부터 아주 밀 도가 낮은 수소나 헬륨가스를 중력인력으로 끌어당길 수 있다

그들 행성의 중심지역에서만 밀도가 큰 핵이 형성된다 (바위와 금속)

기원

10



더 크고 질량이 더 크다

주로 수소와 헬륨 그리고 수소화합물로 구성

고체 표면이 없다

수소가 풍부한 대기와 구름

약간 “으깨어진”형태

많은 위성을 보유

고리구조

지구형 행성과 비교

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 거대 행성 관측 시, 수소와 헬륨으로 구성된 대기 관측.

 목성과 토성의 가장 바깥 구름 층은 암모니아 결정체로 구성.

 천왕성 분명한 구름 층이 아닌 깊고 뿌연 연무만 보임.

 목성의 구름 층에서 대기의 자전율 추정 가능. 목성 자기장의 조종을 받는 전파의 주기적 변화로부터 측정. (대기 자전은 밑에 행성의 자전과 상관없음 – 행성의 맨틀과 핵의 자전) 자기장은 행성의 깊은 곳에서 발원하기 때문에 내부의 자전 반영.

자전주기

- 목성 : 9시간 56분 - 토성 : 10시간 40분 - 천왕성, 해왕성 : 17시간 겉모습과 자전

12 10장 거대 행성들

 목성 : 자전축이 3도 기울어졌기 때문에 계절 없음.

 토성 : 자전축 공전 궤도면의 수직에 대해 27도 기울어져 있어 계절 가짐.

 천왕성 : 자전축이 북쪽 방향에 대해 95도 기울어져 있어 특이한 계절.

(태양계 처음 형성 시 행성과의 큰 규모의 충돌에 의한 것이라 추정.)

 해왕성 : 대략 토성만큼 (약 29도) 기울어져 토성과 비슷한 계절.

계절 (자전축이 태양 공전 면에 대해 기울어져 있기 때문)

• 위치 1 : 태양이 남반구 비춤.

21년 동안 남반구 낮, 북반구 밤.

• 위치 2 : 태양이 적도부근 비춤.

21년 동안 남반구 북반구 낮과 밤이 번갈아 옴.

• 위치 3 : 태양이 북반구 비춤.

21년 동안 북반구 낮, 남반구 밤.

• 위치 4 : 태양이 적도부근 비춤.

21년 동안 남반구 북반구 낮과 밤 번갈아 옴.

42년 동안 남반구에 빛을 비추다가 다음 42년 동안 북반구에 비춤.

천왕성의 극적인 계절

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 목성과 토성의 내부 : 주로 수소와 헬륨으로 구성. (중력이 너무 커 중심에서 심하게 압축된 형태로 존재 – 1억 기압, 밀도 31g/cm^3)

 막대한 압력의 조건 하에서 물질들 이상 형태로 변함

- 수소 기체상태에서 액체상태로, 더 깊은 곳에서는 액체 수소가 금속 상태로 변함.

성분

 무거운 물질로 구성 (암석,얼음 덩어리)

- 주변의 기체를 중력으로 끌어들이기 이전에 형성 - 암석 : 주로 철, 규소, 산소로 이루어진 물질 - 얼음 : 탄소, 질소, 산소와 수소가 결합된 물질

 목성과 토성 핵은 전체 질량의 수 %에 불과

 천왕성과 해왕성 대부분의 질량이 핵에 있음.

: 형성 시 많은 양의 수소와 헬륨 끌어들이지 못함.

구조

14 10장 거대 행성들

 모든 목성형 행성의 핵들은 비슷하게 보인다

바위, 금속 그리고 수소화합물

지구질량의 10배

 천왕성과 해왕성은 태양 성운으로부터 충분한 가스를 잡아두지 못했다

원시행성의 물질모임이 오랫동안 지속

성운이 태양풍에 의해 날려버리기 전에 가스를 포획할 충분한 시간이 없었다

목성과 토성만 수소, 헬륨을 액체와 금속상태에 붙잡아두기에 충분한 압력을 지니고 있다 구조

토성 천왕성 해왕성

보이는 구름 가스형태 수소

액체 수소 금속성 수소

보이는 구름 가스형태

수소

바위와 금속 그리고 수소화홥물의 핵

물, 메탄, 암모니아 핵: 바위와

금속

15 10장 거대 행성들



모든 목성형 행성들은 약간 납작해진 모습이다

 큰 바위핵과 맨틀을 지닌 행성들은 자전에 의해 많이 납작해지지 않는다

모두 액체로 구성된 행성들은 상당히 납작함을 경험하게 된다

구조

토성 천왕성 해왕성

보이는 구름 가스형태 수소

액체 수소 금속성 수소

보이는 구름 가스 수소

바위와 금속 그리고 수소화홥물의 핵

물, 메탄, 암모니아 핵: 바위와

금속

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 중력이 커서 자체의 핵으로 주위 물질 잡아당기는 과정에서 가열됨.

- 이 초기 열의 일부가 행성 내부에 남아 있을 수 있음.

- 기체 행성이 생성 후 천천히 수축하면서 열을 만들 수도 있음.

내부 에너지로 인해 행성의 내부나 대기의 온도는

태양 빛의 가열 효과만으로 예상되는 온도보다 항상 높다.

• 목성 : 목성이 태양에너지를 흡수하는 정도의 내부 열원(4*10^17 watt – 100W 전구 4천조)

• 토성 : 목성 내부 에너지의 반 정도의 내부 열원.

• 천왕성 : 측정할 만한 양의 내부 열이 없음.

• 해왕성 : 적은 내부에너지 내부의 열원

두 행성의 온도 비슷함.

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고체 표면이 없기 때문에 대기가 행성 전반의 성분을 지구형 행성의 경우보다 더 잘 나타냄. 태양계 내에서 가장 극적인 기상 상태.

 태양 빛이 행성 대기에 반사되어 관측된 스펙트럼 분석을 통해 연구.

 처음엔 메탄과 암모니아가 주성분으로 여겨짐.

보이저 우주선의 원적외선 관측 결과 수소와 헬륨이 주성분임이 밝혀짐.

 목성과 토성의 대기성분

: 토성에 헬륨이 적다는 점 외에는 서로 비슷함.

대기성분

3. 목성형 행성의 대기

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 목성은 다양한 색과 소용돌이, 꼬임 등이 계속 변화

토성은 구름의 활동이 약하며 선명한 색이 아닌 거의 균일한 버터색조를 띰.

 기체는 종류에 따라 서로 다른 온도에서 응결

- 상층 대기의 압력과 온도 상태에서 메탄은 기체로, 암모니아는 응결하여 구름 만듬.

- 우리가 보는 구름은 주로 응결된 암모니아 결정.

구름과 대기 구조

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 암모니아 구름 층은 대류권 위쪽 경계를 이루며, 그 위는 차가운 성층권.

 행성들의 대류권 내에서 온도와 압력이 깊이에 따라 증가.

 태양의 자외선을 분자들이 흡수하여 온도 증가.

 목성과 토성의 구름 층 고도차이 : 토성의 구름층이 깊게 있기에 복성보다 뿌옇게 보임.

구름과 대기 구조

140K

암모니아 수황화물 구름 층이 구름을 진 한 황색이나 밤색으로 보이게 함.

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암모니아 응결 구름은 지구의 물 구름처럼 흰색이어야 하지만, 복잡한 양상의 은은한 붉은 색, 오렌지색, 밤색 등이 보인다.

어떤 화합물이 첨가되어 그런 색을 내는 것이겠지만, 무엇인지 밝혀 지지 않음.

목성 구름층의 수수께끼

• 목성과 비슷함.

• 더 낮은 온도.

• 약한 중력으로 대기가 수직으로 퍼짐.

토성

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• 자외선에서 적외선 까지 전 파장 전체적인 특징이 없음.

• 보이는 구름 층 메탄으로 이루어짐.

• 내부 열이 없어 상하 운동이 억제되어 안정 적인 대기를 가짐.

• 대류권은 연무가 많은 깊고 차가운 성층권에 가려있음.

천왕성

• 천왕성과 대기온도 같지만 겉모습 다르게 보임.

• 상층 구름 메탄으로 구성

대류권 상단의 70K에 1.5기압인 고도에 있음.

• 구름 층 위 대기 천왕성보다 연무가 적게 분포, 맑고 투명함.

• 기체 분자에 의한 태양 빛의 산란이 해왕성을 엷은 푸른색으로 보이게 함.

해왕성

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• 해왕성 내부의 열원에 의해 추진되는 대류의 존재

- 대류 흐름이 더운 기체를 1.5기압의 구름 층 고도 위로 밀어 올려, 약 75km 이상의 고도에 추가로 구름을 형성.

- 고층 구름(밝고 좁은 새털 구름)은 성층권 하부에 주입된 메탄 얼음 결정으로 이루어짐.

천왕성과 해왕성 대기의 차이점

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 행성 위에 두꺼운 대기가 고기압과 저기압 지역으로 분포되기에 공기가 흐르고, 행성 자전에 의해 구름이 휘어짐.

바람의 속도와 대기의 순환 측정 가능.

 빠른 자전으로 인해 공기의 순환을 적도에 평행한 동서 방향으로 유도.

바람과 기상

• 적도와 나란히 번갈아 보이는 검은색과 밝은 색 밴드 - 해마다 밝기와 위치 이동, 반영구적

- 자전축의 기울임이 없어 계절에 따라 변화 하는 것은 아님.

• 밴드 아래 고도에서의 동서 방향 바람 패턴 - 수십 년 동안 변하지 않음.

목성 구름의 특징

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각 위도에서의 바람 세기

• 적도: 제트 기류 90m/s의 속도로 동쪽으로 흐름. (지구 상층대기 제트기 류 속도와 비슷)

• 고위도 : 동·서향 바람 번갈아 일어남.

• 남·북반구에서 서로 대칭 이룸.

• 토성 같은 양상, 적도에서의 흐름 속도 훨씬 빠름.

목성과 토성의 동서 방향 바람

목성

- 밝은 영역(zone)

솟아 오르는 공기가 흰색의 암모니아 새털 구름에 싸인 지역. 상향 대류 흐름 반영.

- 검은 띠(belt)

차가운 공기가 아래로 움직이는 곳.

암모니아 구름이 적을수록 보다 깊게 볼 수 있게 되어, 암모니아 수소황화물 구름 층 까지 보이기 때문에 검게 보임.

순환 과정

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•

• 적도와 평행한 대기 순환

• 대기의 질량과 그 속에 열을 저장할 수 있는 양이 크기 때문에, 40년 주기의 태양빛과 암흑의 반복이 영향을 끼치지 못함.

• 실제 태양빛을 받는 반구 보다 어두운 겨울 쪽 온도가 높았음.

거대 행성의 대기 현상이 매우 복잡한 문제임.

• 계절 변화가 천왕성에 주는 효과 이해 못하고 있음.

천왕성의 대기

•

• 강한 동서 방향 바람.

• 적도 근처에서 바람의 최대 속도 약 2100km/h 토성의 최대 바람 속도의 2배.

• 해왕성의 적도 제트 기류 초음속에 가깝다.

해왕성의 대기

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 대기 순환에 겹쳐지는 국지적인 교란(기상 현상 혹은 폭풍) - 목성과 해왕성에서 보이는 대규모 흰색 고기압 지역.

폭풍

• 30,000km의 남반구에 있는 붉은 타원체.

• 300년 동안 계속 유지되어 옴.(크기변동)

• 지구폭풍 저기압, 목성폭풍은 고기압 지역.

• 6일 주기로 반시계 방향으로 회전.

• 고체 표면이 없어(마찰력 없음) 폭풍의 크 기 안정적. – 수세기 유지

목성의 대적반

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• 1989년 보이저 관측 (길이 10,000km)

• 목성과 같은 위도 20도.

• 두 행성 모양과 행성에 대한 상대적 크기 같음.

• 밝은 메탄 새털 구름의 흐름체 동반(고도 높음)

• 1994년 6월 허블 우주 망원경 관측 시 대흑반 사라짐. 1994년 11월 새로운 흑반 생겼다가 1995년 흐려짐.

대규모 폭풍 목성보다 더 빠르게 생겼다 없 어짐.

해왕성의 대흑반

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허블 우주망원경이 찍은 토성의 거대 폭풍(19

• 대규모 폭풍 매우 드뭄.

• 자전축의 기울어짐으로 인한 계절과 연관.

• 대략 30년에 한번씩 적도 지역에 수많은 점 관측.

• 이 폭풍 행성 둘레의 대부분으로 번져있음.

(지구의 10배 크기 정도)

• 목성의 대적반과 동반하는 와류 구름 구조 닮음.

• 계절적 폭풍은 더운 큰 방울, 화염 형태의 더운 공기가 성층권으로 솟았다가 점진적으로 적도 제 트기류에 의해 휩쓸려 사라지는 것처럼 보임.

토성

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4. 자기권

- 거대 행성의 가장 큰 구조.

- 일반적인 행성간 공간의 자기장 보다 행성 자체의 자기장이 우세한 공간으로 정의 - 자기권의 내부에 전하를 띤 입자들 잡혀있음. (입자들 고 에너지로 가속)



 긴 파장으로 갈수록 강한 전파 방출 발견.

(보통의 열복사와 반대 현상)

 싱크로트론 복사

: 고속도의 전자가 자기장에 의해 가속 될 때 내는 복사에서 일어남. (강한 자기장 암시)

 행성 직경의 수 배 되는 주변에서 전파 발생.

 지구 반 알렌대에서 일어나는 현상

: 수 많은 전하를 띤 이온 입자들이 목성 주위 를 돌면서, 행성과 연관된 자기장의 자력선 주위를 나선을 그리면서 움직이고 있음.

목성의 자기장

전파 망원경 VLA관측

- 목성은 중앙 녹색원형보다 약간 작다.

- 적도 주변 자기권에 많은 전하 입자가 중간의 밝은 부분 형성

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목성의 자기권 (파이오니어, 보이저)

- 청색선은 자기력선.

- 실제 자기장은 목성의 전면을 둘러싸고 있음.

- 노란색 타원은 갈릴레오 위성

- 이오는 자기권의 전하를 띤 입자 공급처로 여겨짐

• 자기장은 목성의 위성을 감싸고 있음.

• 목성의 구름층 고도에서의 자기장 세기는 지구 표면의 자기장 세기의 20~30배

• 자기장 축 자전축과 약 10도 기울어져 있음.

• 자기 축은 목성 중심 지나지 않음.

(약 18,000km 벗어남.)

• 지구와 반대인 자기 극성. (자기 북극 남반구)

• 싱크로트론 복사 양 측정 결과

: 태양이나 목성 상층 대기가 공급 할 수 있는 입자수 보다 훨씬 많은 입자 돌고 있음.

• 화산 활동이 활발한 이오

: 많은 양의 황과 이산화황 주변 공간에 내뿜 고 있음. (1초에 약 10톤)

축출된 산소 원자와 황 원자들 이오 궤도 주 변에 도너츠 모양의 전하 입자 저장소 만듬.

토러스 torus

목성 반경 5배 떨어진 곳에서 고리 이룸.

목성의 자기장

31

•

목성주변의 강한 자기장은 태양풍에서 나 오는 입자들은 강한 복사벨트안에 가두어버 래는데, 자기장의 세기는 지구주위의 반알 렌벨트보다 10억배 더 강하다

목성의 자기장

지구의 복사벨트

자전축

자기 축

32

•

전하 공급 빈약하기 때문에 싱크로트론 복사 없음.

토성의 커다란 고리에 전자들 충돌하여 자기권으로부터 제거.

• 실제 측정결과 상당한 세기의 자기장 가짐.

• 자기장 축 자전축과 거의 완벽하게 일치.

토성

•

1986년 보이저 탐사에 의해 자기장 세기 관측.

• 실제 측정결과 상당한 세기의 자기장 가짐.

• 토성과 비슷한 세기의 자기장, 자기장 방향 매우 다름.

• 행성 중심에서 심하게 벗어난 자기장.

• 자기장의 축 자전축에 대해 60도 기울어져 있음.

천왕성

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•

1989년 보이저2호 의해 자기장 발견.

• 천왕성과 비슷한 자기장 배치, 자전축에 대해 55도 기울어져 있음.

자기장 중심 태양계 행성 중 가장 크게 행성 중심에서 떨어져 있음.

해왕성

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

지구 자기장과 같은 방법으로 생성 될 것으로 추정.

 빠른 자전으로 인해 내부 자기 발전기에 쉽게 에너지 공급.

다른 거대 행성의 자기장

•

액체 금속 수소 내부에 많이 지님. (지구의 액체 철 핵과 같은 역할)

• 자기장을 생성하는 막대한 전류가 금속의 전자들에 의해 흐름.

목성과 토성

• 자기장에 필요한 금속성 영역이 두 행성의 중심에 있지 않고 수소-물 맨틀에 있다고 추정.

행성 중심에서 많이 벗어난 자기장 설명

천왕성과 해왕성

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

세 개의 목성형 행성의 자기권

: 목성 자기권과 대체적으로 흡사.

토성 자기권은 목성의 1/3 크기.

천왕성과 해왕성은 더 작음.(대략 행성 자체 크기와 비례)

 목성 경우처럼, 자기권 입자들 행성 주위 위성에서 기인.

다른 거대 행성의 자기장

– 모든 거대 행성들은 태양계의 축소 판처럼 그 주위를 돌고 있는 위성 들을 지니고 있다.

– 60개가 넘는 위성들이 발견되었다.

– 1979~1989년 사이에 보이저 1, 2호의 관측결과

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보이저 1호가 찍은 이오의 표면.

5. 고리와 위성계

• 일반적 성질

– 외태양계의 고리와 위성은 내태양계의 천체와는 다르다.

• 온도가 낮아 물과 얼음이 존재하는 지역에서 형성되었기 때문

• 검은 유기물질이 섞인 얼음과 암석을 가지고 있다.

– 대부분의 외태양계 위성은 순행 궤도를 돌고 있다.

• 역행 방향으로 돌거나 이심률, 경사각이 큰 위성들은 다른 곳 에서 형성된 후 포획된 것으로 보인다.

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• 목성계

– 16개의 위성과 고리.

– 갈릴레오 위성 4개.

• 유로파와 이오는 달 정도 의 크기.

• 가니메데, 칼리스토는 수 성보다 크다.

• 토성계

– 19개의 위성과 고리.

– 타이탄 – 토성의 위성 중 가장 크며 대기를 가지고 있다.

– 물과 얼음조각으로 이루 어진 고리를 가지고 있다.

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• 천왕성계

– 11개의 고리와 15개의 정상위성.

• 행성의 자전축처럼 98º 기울어져 있다.

• 5개의 큰 위성과 10개의 작은 위성.

– 1977년 폭이 좁은 리본 형태의 고리 발견.

• 해왕성계

– 8개의 위성.

• 6개는 행성과 가까운 곳 에서 정상궤도로, 2개는 먼 곳에서 이상궤도로 공 전한다.

– 트라이튼 – 비교적 큰 위 성으로 역행궤도를 가짐.

• 옅은 대기와 화산활동.

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6. 갈릴레오 위성과 타이탄

이름 직경

(km)

질량 (달=1)

밀도 (g/㎤)

반사도 (％)

달 3476 1.0 3.3 12

칼리스토 4820 1.5 1.8 20

가니메데 5270 2.0 1.9 40

유로파 3130 0.7 3.0 70

이오 3640 1.2 3.5 60

타이탄 5150 1.9 1.9 20

40

 비교적 큰 위성들의 물리량

• 칼리스토

– 갈릴레오 위성 중 가 장 바깥에 존재한다.

– 수성과 크기가 비슷하 지만 수성과 달리 얼 음으로 이루어져 있다.

– 달과 수성의 암석 구 덩이와 형태가 비슷한 충돌 구덩이 존재한다.

– 충돌 구덩이로 보아 수 십억 년 동안 지질 활동이 없었다.

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• 가니메데

– 태양계에서 가장 큰 위성이다.

• 수성보다 크고 지구의 ⅓이 넘는다.

• ⅓ 이 검고 구정이가 많다.

– 평행선 모양의 얼음 산등성이 존재한다.

• 전체의 ¼ 차지.

– 내부에 열을 만들어 낼 수 있는 방사능 물질이 많아 화산활동을 겪었다.

42

• 유로파

– 달과 밀도가 비슷하다.

• 암석으로 이루어져 있 다.

• 표면은 얼음으로 싸여 있다.

– 충돌 구덩이가 드물다.

• 표면이 원활하게 재생 된다.

• 표면에 방대하고 복잡 한 선이 보인다.

– 내부에 물이 존재할 것으로 생각된다.

43

• 이오

– 달과 비슷한 크기와 밀도를 가졌다.

– 하지만 달과는 전혀 다른 세계이며, 태양계에서 가 장 화산 활동이 활발하다.

– 오렌지색은 유황, 흰색은 이산화황

44

• 이오

– 화산 활동이 활발한 이유.

• 목성에 의한 중력 가열 – 지구의 300배나 되는 목성의 중력이 이오를 찌그러트린다.

• 타원 궤도를 돌면서 비틀림과 구부림을 당한다.

– 이러한 가열과 구부림으로 물, 이산화탄소 등 휘발 성 기체들이 제거되었다.

– 내부는 완전히 녹아있고, 껍질은 계속해서 재생성 된다.

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• 타이탄

– 1655년 네덜란드의 천문학 자 크리스티안 하위헌스가 발견.

– 1944년 콰이퍼가 타이탄에 상당량의 대기가 존재한다 는 것을 발견.

• 1.6 기압을 가지고 있으며, 주성분은 질소이다.

• 상층대기에서 일산화탄소, 탄화수소, 질소화합물이 발 견.

• 지구의 원시대기와 흡사하다.

• DNA의 중요 구성 요소를 만 들 수 있는 HCN이 발견되었 다.

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• 타이탄

– 여러 층의 대기구조를 가졌다.

– 고도 10km이내에 메탄으로 이루어진 가장 낮은 층.

– 표면은 약 90K로, 대기에 의 해 균일하게 유지된다.

– 낮은 온도에서 유기 화합물이 화학적으로 안정되어 있다.

– 지구 대기의 초기 역사와 생 명의 기원에 대해 많은 단서 를 제공해 줄 것이다.

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7. 트라이튼과 명왕성

• 트라이튼과 그 위의 화산

– 암석 75%, 물과 얼음 25%로 추정된다.

– 표면온도는 30K ~ 40K.

– 약간의 충돌 구덩이가 발견되지만 많은 부분이 용암으로 매워졌다.

• 화산 활동의 증거로 결빙된 용암호수가 발견된다.

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• 명왕성의 발견

– 천왕성과 해왕성의 궤도가 예측에서 벗어난 것에서 시작.

– 퍼시발 로웰이 행성의 위치와 질량을 예측했지만 찾는 것은 실패하였다.

– 1930년 클라이드 톰보가 발견하였지만 크기가 작 았다.

– 천왕성과 해왕성에 작용하는 섭동은 실제 존재하지 않는다.

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• 명왕성의 운동과 위성

– 황도면에 가장 큰 경사각 17º 를 가졌고, 또한 가장 큰 이 심률을 가졌다.

– 천왕성과 마찬가지로 굴러가듯이 공전한다.

– 근일점 거리는 45억km로 해왕성의 안쪽에 위치한다.

– 1978년 명왕성의 위성인 카론이 발견되었다.

• 카론의 궤도는 역행궤도이고, 크기는 명왕성의 ½이 넘는다.

• 카론은 동주기 자전을 하는데, 이것은 명왕성의 자전주기와도 같다.

• 명왕성의 성질

– 트라이튼과 비슷하게 암석질과 물, 얼음이 혼합되어 있다.

– 스팩트럼 선을 보면 메탄, 일산화탄소, 질소 등이 존재한다.

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• 명왕성의 기원

– 목성형 행성의 궤도와 크기와는 전혀 다르다.

– 지니고 있는 위성의 크기도 불가사의 하다.

– 명왕성, 카론 등의 이상한 궤도는 외태양계 형성 초기 에 일어난 충돌의 결과라고 추측하기도 한다.

• 명왕성의 행성 지위 박탈

– 2006년 8월, 국제천문연맹은 명왕성의 행성 지위를 박탈하였다.

– 그에 따라 명왕성은 왜행성으로 분류가 되었고, 왜행 성 134340 이라는 이름이 붙었다.

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8. 행성의 고리

• 네 개의 거대 행성들이 가진 고리 계의 성질

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외반경 질량 반사율

행성 km 행성 반경 kg %

목성 128,000 1.8 10^10(?) (?) 토성 140.,000 2.3 10^19 60 천왕성 51,000 2.2 10^14 5 해왕성 63,000 2.5 10^12 5

• 고리는 어떻게 생겨났을까?

– 수많은 입자들이 각각 케플러 법칙을 따라 행성 주위를 궤 도운동한다.

– 입자들의 상호작용으로 고리면에 파동이 생긴다.

– 파쇄이론

• 파쇄된 위성의 잔해들이 고리가 되었다.

– 모임이론

• 위성을 형성할 수 없었던 입자들이 고리가 되었다.

– 두 이론 모두 행성의 중력영향이 중요한 역할을 한다.

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• 토성의 고리

– 태양계에서 가장 아름 다운 모습 중 하나이다.

– 바깥에서 안쪽으로 세 개의 밝은 고리들을 A, B, C 고리라고 부른다.

– A와 B고리 사이에 넓은 틈새인 카시니 간극이 있다.

– 모래알 크기에서 집 채만한 크기의 물얼음 으로 구성되어 있다.

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고리 이름 바깥 끝 (Rs) 바깥 끝(km) 폭(km)

F 2.324 140,180 90

A 2.267 136,780 14,600

카시니 간극 2.025 122,170 4,590

B 1.949 117,580 25,580

C 1.525 92,000 17,490

• 천왕성의 고리

– 좁고 검은색으로 지구에 서 거의 보이지 않는다.

– 1977년 엄폐현상을 이 용해서 9개의 고리 발견.

– 1989년 2개의 고리가 추가되었다.

• 해왕성의 고리

– 천왕성의 고리와 비슷하 지만 조금 더 희박하다.

– 고리의 개수는 네 개이며, 입자들이 고르게 분포하 지도 않는다.

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• 위성 – 고리 상호작용

– 고리계의 특이구조는 위성의 중력효과에 기인한다.

• 위성이 없다면 고리는 편평하고 무늬가 없을 것이다.

• 토성 고리간의 간격들은 대부분 위성의 중력 공명 때문에 생 겨났다.

– 천왕성과 해왕성의 고리는 토성의 F고리처럼 폭이 좁 다.

• 어떠한 물체의 중력이 이 고리들이 퍼져나가지 않게 제어하 고 있을 것이다.

• 고리들은 매우 가까이서 돌고 있는 작은 위성들의 중력에 의 해 조정된다.

– 이러한 복잡한 현상을 이해하기 위해 더욱 많은 연구가 필요할 것이다.

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목성 형 행성들에 대해 . . .

http://astro.kasi.re.kr/