태양계 구성원들의 특징

태양계 구성원들의 특징

태양계 천체들은 인간이 오래전부터 그 움직임과 생김새 등을 관찰해 왔지만, 그 특징이 속속 밝혀지게 된 것은 우주 탐사선들을 이용하게 된 20세기 후반부터이다. 여기서는 최근까지 알아낸 태양계  천체들이 특징을 살펴본다.

 

▶ 태양계의 구성원들

우리가 사는 지구는 태양을 중심으로 1년에 한 번씩 그 주위를 공전하고 있다. 이처럼 태양의 중력에 묶여 있는 천체들을 통틀어 태양계라고 한다.

태양계에서 가장 핵심이 되는 천체는 스스로 빛을 내는 항성(별)인 태야이다. 태양계 전체 질량의 99.8%를 차지하는 태양은 막대한 중력으로 행성과 위성들, 왜소행성, 소행성, 혜성, 유성체 등을 거느리고 있다.

행성은 태양 다음으로 규모가 큰 천체로, 태양계에는 모두 8개의 행성이 있는데 물리적인 특징에 따라 지구형 행성과 목성형 행성으로 나뉜다.

태양계 행성들은 1960년대 이후 우주 탐사선이 발사되면서 그 위성들과 함께 여러 가지 특징이 속속 밝혀졌다. 지금까지 알아낸 행성과 위성들의 특징은 무엇인지 살펴보자.

 

▷ 행성과 왜소행성

수성은 태양계 행성들 중에서 크기가 가장 작아, 목성의 위성인 가니메데보다 조금 작고, 지구의 위성인 달의 약 1.4배밖에 되지 않는다. 이처럼 크기가 작기 때문에 중력도 약해 대기를 거의 갖지 못한다. 표면은 달과 유사해 운석 충돌로 이루어진 분화구가 많다.

행성들 중에서 태양에 가장 가까운 곳에 위치한 수성의 공전 주기는 약 88일이고, 자전주기는 약 59일이다. 따라서 햇빛이 오래 비추는 곳은 표면 온도가 약 700K까지 올라가고, 반대로 햇빛이 비추지 않는 곳은 약 100K 까지 내려가 낮과 밤의 온도 차이가 매우 심히다. 수성은 그 크기에 비하면 밀도가 매우 높은데, 이는 중심부에 철과 같은 금속으로 이루어진 매우 큰 핵이 있기 때문으로 추측된다.

금성은 지구에서 가장 가까운 행성이고, 크기나 질량이 지구와 가장 비슷하지만 표면 지형의 모습은 매우 다르다.

금성은 이산화탄소로 이루어진 매우 두꺼운 대기를 가지고 있어 그 표면을 직접 관찰 할 수 없다. 따라서 우주 탐사선의 레이더를 이용해 표면의 기복을 조사해 지형을 알아내는데, 현재까지 금성 표면의 99% 정도가 지도로 작성되었다.

우주 탐사선들의 조사에 따르면, 금성은 두꺼운 대기로 인해 표면 기압이 약 95기압이나 되고, 이산화탄소의 온실 효과 때문에 표면 온도는 약 740K  에 이른다.

특히 금성은 다른 행성들과 달리 자전 방향이 공전 방향과 반대라는 점이 흥미롭다.

화성은 자전축이 지구와 비슷하게 기울어 있어 계절 변화가 나타나고, 자전 주기도 지구와 비슷하다. 양극에는 얼음과 드라이아이스로 이루어진 극관이 있는데, 계절에 따라 크기가 변한다. 또한 표면은 산화철을 포함한 모래로 덮여 있어 전체적으로 붉게 보인다.

화성의 크기는 지구의 절반 정도로 중력이 작기  때문에 대기가 희박해 기압은 지구의 200분의 1밖에 되지 않는다. 대기 성분의 95%는 이산화탄소이고, 질소와 아르곤, 약간의 산소와 수증기가 포함되어 있다. 최근의 탐사에 의하면, 화성 대기에서 메테인이 확인되었는데, 화성과 같은 환경이라면 금방 사라져 버리는 메테인이 존재한다는 것은 어디에선가 계속 보충을 받고 있다는 사실을 알려 주는 것이기에 매우 흥미롭다.

화성의 지형 중에는 바람이나 강물에 의한 침식 지형들이 발견되는데, 이를 통해 과거의 화성은 지금보다 훨씬 대기가 풍부했고 표면에 많은 물이 흘렀던 것으로 추정할 수 있다. 화성에는 높이 25km 나 되는 태양계에서 가장 큰 화산인 올림포스 화산이 있다.

목성은 태양계에서 가장 큰 행성으로, 반지름은 지구의 약 11배이고, 질량은 약 318배나 된다. 목서으이 질량은 태양계에서 태양을 뺀 나머지 천체 질량의 약 70%나 차지한다.

대기는 태양과 비슷하여 주로 수소와 헬륨으로 이루어져 있고, 약간의 암모니아와 메테인이 존재한다. 목성을 자세히 보면 여러 개의 줄무늬가 보이는데, 이는 목성의 빠른 자전 때문에 생기는 대기 현상이다. 목성은 태양계 행성들 중에서 자전 주기가 가장 짧아 9시간 50분에 불과하다. 남반구에 보이는 지름 1500km 나 되는 거대한 소용돌이인 대적점이 생긴 것도 목성의 짧은 자전 주기 때문으로 여겨진다. 목성도 토성처럼 고리를 가지고 있지만 밀도가 낮고 희미해서 지구에서는 관측하기 어렵다.

목성은 주위에 수많은 위성들을 거느리고 있어서 작은 태양계라고 불리기도 한다. 목성의 위성들 중 가장 큰 가니메데, 칼리스토, 이오, 유로파는 갈릴레이가 처음 발견하여 갈릴레오 위성이라고도 불린다. 그중 이오는 화산 활동이 활발한다, 이는 목성의 조석력에 의해 위성의 내부에서 마찰열이 발생하기 때문이다. 유로파도 내부에서 열이 발생해 얇은 얼음 지각 밑에는 물로 된 바다가 있을 것으로 추정된다. 가니메데는 태양계에서 가장 큰 위성으로 행성인 수성보다 더 크다. 현재까지 발견된 목성의 위성은 그 수가 60개가 넘고, 목성의 강력한 중력으로 주변의 천체들이 포획되어 더 늘어날 것으로 보인다.

토성은 여러가지 면에서 목성과 유사하다. 대기 성분도 대부분 수소와 헬륨으로 이루어져 있고, 자전 속도가 빠른데다 밀도가 낮아 적도 쪽이 불룩한 타원체 모양이 확실하게 드러난다. 토성의 밀도는 물보다도 낮은 0.70g/㎤에 불과하다.

토성의 특징인 거대한 고리는 토성이 생성될 때 주변에 남아 있던 미세 입자들과 암석 부스러기, 얼음 알갱이 등이 토성의 인력에 붙들려 적도를 따라 돌게 된 것으로 보인다.

토성의 고리는 폭이 약 28만 km나 되지만, 두께는 고작 수 km에 불과하다. 그리고 중간에 틈새가 있어서 몇개의 고리로 나뉘어 있다.

토성도 매우 많은 위성을 거느리고 있는데, 그 중 태양계에서 두 번째로 큰 위성인 타이탄은 질소와 메테인을 주성분으로 하는 짙은 대기를 가지고 있다. 타이탄은 화성, 유로파와 함께 생명체가 존재할 가능성이 가장 큰 천체 중 하나이다.

천왕성은 지구에서는 맨눈으로 보이지 않기 때문에 망원경이 만들어진 이후인 1781년에 영국의 허셜에 의해 처음 발견되었다.

천왕성의 대기는 수소와 헬륨이 대부분을 차지하고, 약간의 메테인이 포함되어 있다. 천왕성의 대기는 수소와 헬륨이 대부분을 차지하고, 약간의 메테인이 포함되어 있다.

천왕성의 대기는 적색파장의 빛을 대부분 흡수하고 청색과 녹색 파장의 빛을 반사하기 때문에 전체적으로 청록색을 띠고 있다.

천왕성은 자전축이 공전 궤도면에 거의 누워 있는 형태로 역자전을 한다. 천왕성의 고리는 천왕성이 다른 별을 가리는 식 현상을 관측하다가 발견되었고, 이후 우주 탐사선 보이저호를 통해 숨겨진 위성과 고리들이 발견되었다.

혜왕성은 천왕성의 공전 궤도가 불안정하다는 사실 때문에 그 존재가 예견되었다가 1846년 독일의 갈레에 의해 발견되었다.

혜왕성의 대기는 천왕성과 비슷해서 수소와 헬륨이 대부분을 차지하고, 소량의 에테인, 메테인 등이 포함되어 있다. 대기에서는 대흑점이라고 부르는 소용돌이가 발견되는 것으로 보아 대기의 흐름이 매우 활발한 것으로 추측된다.

혜왕성도 다른 목성형 행성들과 마찬가지로 희미한 고리와 다수의 위성을 가지고 있는데, 트리톤은 그중 가장 큰 위성이다.

왜소행성은 2006년 국제천문연맹(IAU)총회에서 태양계의 9번째 행성으로 불리던 명왕성을 행성의 목록에서 제외하기로 하면서 새로게 정의되었다.

국제천문연맹에 따르면 왜소행성에 속하는 천체는 태양을 중심으로 하는 궤도를 돌며, 자체 중력에 의해 공 모양에 가까운 형태를 유지하지만, 공전 궤도 주변에 다른 천체들이 함께 있을 수 있으며, 다른 행성의 위성이 아닌 천체여야 한다.

이에 따라 플루토(구 명왕성)를 비롯하여 지금껏 소행성으로 분류되던 세레스와, 플루토 궤도 바깥에서 새로 발견된 에리스 등이 왜소행성으로 분류되었다. 이후 마케마케와 하우메아가 왜소행성 목록에 추가되었고, 앞으로도 많은 천체들이 왜소행성으로 분류될 것으로 보인다.

 

소행성과 그 밖의 천체들

소행성은 1800년대 초 화성과 목성 궤도 사이에서 작은 천체들이 발견되면서 지금까지 20만 개가 넘게 발견되었다. 이들 소행성들이 몰려 있는 화성과 목성 사이의 궤도를 소행성 띠라고 부른다. 하지만 소행성들은 이곳에만 있는 것은 아니다. 목성 근처의 트로이 소행성군이나 지구와 화성 궤도 사이의 아모르 소행성군처럼 태양계의 전 영역에 걸쳐서 분포하고 있다. 최근에는 소행성도 위성을 가진 경우가 발견되었다.

2001년 니어-슈메이커 탐사선이 소행성 에로스에 착륙하여 구성 물질을 조사했으며, 2005년에는 일본의 하야부사 탐사선이 소행성 이토카와에 착륙하여 표본을 수집한 후 지구로 귀환했다.

소행성은 태양계가 탄생할 무렵 행성들이 만들어지고 남은 찌꺼기와, 이후 크고 작은 천체들이 충돌하면서 떨어져 나온 물질들로 추정된다. 따라서 과학자들은 소행성을 연구하면 태양계 탄생과 행성의 형성 당시 상황을 좀 더 잘 알 수 있을 것으로 판단하고 있다.

혜성은 얼음과 먼지로 이루어진 수 km크기의 핵과 이를 둘러싼 먼지와 가스의 코마로 이루어져 있다. 혜성의 핵은 태양 근처에 접근하면 그 구성 성분 중 일부가 증발하여 긴 꼬리를 만든다. 꼬리는 이온 꼬리와 먼지 꼬리로 나뉘는데, 이온 꼬리는 태양의 복사압과 태양풍에 의해 분자들이 밀려 나가면서 태양의 반대쪽으로 생기고, 먼지 꼬리 역시 태양의 반대쪽으로 휘어진 모양을 갖게 된다.

1999년 발사된 혜성 탐사선 스타더스트호는 2004년 와일드 2 혜성에 가까이 접근하는 데 성공하여 표본을 수집해 지구로 보내왔다. 2014년에는 로제타 탐사선이 추퓨모프-게라시멘코 혜성의 핵에 착륙하여 조사를 벌일 예정이다.

혜성의 물질에는 물과 유기 물질 등이 포함되어 있을 것으로 추정되어, 과학자들은 생명 탄생의 비밀을 밝혀 줄 자료의 하나로 여기고 있다.

유성체는 태양계에서 소행성과 혜성 외에 행성 공간을 떠돌아다니는 먼지나 모래, 바위 조각 같은 작은 물체들이다. 유성체는 지구 대기에 진입하면 대기와 마찰을 일으켜 불에 타면서 빛의 줄기를 그리게 된다. 이것이 유성(별똥별)이 라고 부르는 현상이다. 그리고 이 과정에서 유성체가 완전히 타지 않고 일부가 남아서 땅에 떨어지는 경우가 생기는데, 이것을 운석이라고 한다.

때때로 밤하늘의 특정 지역에서는 많은 유성들이 한꺼번에 떨어지는 유성우 현상이 나타나기도 한다. 이런 현상은 대게 혜성들이 지구 근처를 지나가며 흘리고 간 잔해들이 모여 있는 지점을 지구가 통과 할 때 발생한다.

 

▶ 카이퍼 띠와 태양계의 바깥쪽

최근 우수한 망원경과 우주 탐사선에 의해 태양계 외곽 지역에도 수많은 작은 천체들이 존재한다는 것이 밝혀졌다. 특히 해왕성 궤도 바깥의 카이퍼 띠에서는 1992년 1992QB1이라는 천체가 처음 발견된 후 만 개가 넘는 천체가 확인되었다.  카이퍼 띠는 해왕성 바깥에서 태양 주위를 도는 작은 천체들의 무리가 존재하는 영역으로, 그 존재를 예견한 미국 천문학자 카이퍼의 이름을 딴 것이다.

태양으로부터 거리 30AU 바깥쪽에 분포하는 카이퍼 띠의 불완전한 영역은 200년 이하의 비교적 짧은 공전 주기를 갖는 혜성들의 발생지로 여겨진다.