목성형 행성: 첫번째 대표 목성 Jupiter

 

 

태양 다음으로 거대한 행성

목성의 이름 Jupiter는 고대 로마인들이 로마 신화에 나오는 신 중 하나인 유피테르의 이름에서 따 왔습니다. 동양에서 목성의 명칭은 오행 중 하나인 나무(木)에서 유래되었으머, 세성(歲星)이라고도 부릅니다.

 

태양계의 다섯번째 행성이자 가장 큰 행성인 목성인 태양의 질량의 천분의 일배에 달하는 거대행성으로, 태양계에 있는 다른 모든 행성들을 합한 질량의 약 2.5배에 이르는 크기를 가지고 있습니다. 목성은 토성과 함께 거대 기체 행성이며 지구에서 봤을 때 겉보기등급이 -2.94에 이르기 때문에, 반사광이 그림자를 형성하기에 충분할 정도로 밝습니다. 그래서 목성은 밤하늘에서 평균적으로 달과 금성 다음, 즉 세번째로 가장 밝은 천체에 해당합니다.

 

 

목성의 질량

 

목성의 질량은 태양계의 다른 모든 행성을 합한 질량의 2.5 배로, 태양과 목성의 무게중심이 태양의 중심으로부터 1.068 태양 반지름, 즉 태양의 표면 위에 자리잡게 만들 만큼 매우 무겁습니다. 하지만 크기가 지구보다 훨씬 큰데 반하여 밀도는 상당히 낮습니다. 목성의 부피는 지구의 약 1,321 배이지만 질량은 지구보다 단 318 배 밖에 크지 않습니다. 목성의 반지름은 태양의 반지름의 약 1/10 배이며, 그 질량은 태양의 질량의 0.001 배이다. 따라서 두 천체의 밀도는 비슷합니다. 목성의 질량(MJ 또는 Mjup)은 다른 천체, 특히 외계행성과 갈색왜성의 질량을 기술할 때 종종 사용되는데 예를 들면 외계행성 HD 209458 b의 질량은 0.69 MJ이며, 안드로메다자리 카파 b의 질량은 12.8 MJ입니다.

 

 

 

 

목성의 구조

 

목성은 여러 원소들이 혼합된 고밀도의 핵과 그 주변의 액상 금속성 수소층, 대부분 수소분자로 구성된 외곽층으로 이루어진 것으로 여겨집니다. 핵은 보통 암석형이라고 기술되지만, 상세한 조성은 그 깊이의 온도 및 압력에서 물질의 특성을 알 수 없기 때문에 불명 입니다. 1997년, 핵의 존재가 여러 중력측량을 통해 주장되었는데, 그 질량은 지구의 질량의 12~45 배 또는 목성의 총질량의 대략 4~14 %입니다. 목성에 핵이 있다는 주장은 행성의 형성 모형을 통해서 그 존재가  제기되는데, 모형에서 원시태양 성운으로부터 대량의 수소와 헬륨을 끌어모을 정도로 무거운 암석형 또는 얼음형 핵의 형성이 요구되기 때문입니다. 이렇듯 핵이 존재한다고 가정하면, 용융 상태의 핵은 그와 혼합된 뜨거운 액상 금속성 수소의 대류로 인해 수축하며 행성 내부에서 높은 수준의 구조를 지니게 됩니다. 여러 중력측량들이 전반적으로 그 가능성을 배제할 만큼 정밀하지 않기 때문에 핵에 관해서는 지금도 전적으로 불명으로 남겨져 있습니다.

금속성 수소층 위에는 수소로 이루어진 투명한 안쪽 대기가 자리잡고 있습니다. 이 깊이에서의 온도는 수소에 대해 단 33 K(절대 온도의 단위이다. 절대 온도 0℃는 0K로 나타내며, 0켈빈은－273.15℃)인 임계온도 이상입니다. 이 상태에서 액체 및 기체의 상은 구별할 수 없기 때문에 여기서 수소는 초임계 유체 상태에 있다고 일컬어 집니다. 수소는 구름층에서 약 1,000 km 아래까지 뻗어 있는 상층부에서는 기체로 취급되고, 그보다 아래에 있는 층에서는 액체로 취급됩니다. 물리학적으로 그 경계는 명확하지 않은데 기체는 하강하면서 뜨거워지고 조밀해지기 때문입니다. 

목성 내부의 온도와 압력은 켈빈-헬름홀츠 기작으로 인해 핵쪽으로 급격하게 증가합니다. 10 바 수준의 "표면" 압력에서, 온도는 약 340 K이다. 수소가 임계점 이상으로 가열되어 금속성을 띠게 되는 상전이 영역의 온도는 10,000 K이며 압력은 200 GPa로 추정된다. 핵의 경계에서의 온도는 36,000 K, 압력은 대략 3,000~4,500 GPa로 추정됩니다.

 

 

목성의 고리

 

목성은 희미한 고리를 가지고 있습니다. 이는 크게 세 부분으로 나뉘어 지는데, 헤일로(halo)로 알려져 있는 안쪽의 입자 토러스와, 상대적으로 밝은 큰 고리, 외곽의 매우 가는 고리가 있습니다. 이러한 고리들은 토성의 고리에서 볼 수 있는 얼음과는 달리 티끌로 이루어진 것으로 보입니다. 큰 고리는 목성의 위성인 아드라스테아와 메티스에서 방출된 물질로 이루어진 것으로 보이며 보통 위성으로 되돌아갈 물질은 목성의 강력한 중력으로 인해 끌어당겨집니다. 때문에 이러한 물질들의 궤도는 목성의 중력으로 크게 틀어지게 되고 추가적인 충돌이 발생하면서 새로운 물질이 유입됩니다.이와 유사하세 위성인 테베와 아말테아 역시 두 개의 희미한 티끌 고리를 형성했을 것으로 보입니다. 

 

 

 

목성의 위성

 

목성의 위성은 2002년까지 40개가 관측되었다가, 기기의 발달로 2003년에 23개를 더 발견하여 현재 나사에서 제공하는 위성의 수는 무려 63개에 이릅니다. 이 중에 이오(Io), 유로파(Europa), 가니메데(Ganymede), 칼리스토(Callisto)는 갈릴레오 갈릴레이가 발견하여 갈릴레오 위성이라 부르며, 목성의 위성 중 가장 큰 것들에 속합니다. 확인된 63개의 위성 외에도 크기가 작은 천체들이 목성 주위를 공전하는데 이들을 위성으로 볼 때 현재 목성의 위성의 수는 112개라고 보고되기도 하지만 공식적으로는 63개라 할 수 있습니다.