목성형 행성: 우주선이 착륙할 수 없다고?
태양계 8개 행성은크기가 작고 밀도가 크며 자전 주기가 긴 지구형 행성(수성, 금성, 화성, 지구)과 그와 반대로 크기가 상대적으로 크고 밀도가 작으며 자전 주기가 짧은 목성형 행성(목성, 토성, 천왕성, 해왕성)으로 나누어 집니다.
목성형 행성의 특징은 다음과 같습니다.
태양계에서 수소나 헬륨 같은 유체(fluid) 형태를 주성분으로 하는 행성으로 목성, 토성, 천왕성, 해왕성이 해당된다. 이중 천왕성과 해왕성은 구성성분 중 얼음과 물, 메테인 따위의 혼합물이 상당량을 차지하고 있어 거대 얼음 행성(ice giants)으로, 수소와 헬륨이 주성분인 목성, 토성은 거대 가스 행성(gas giants)으로 세분하기도 합니다.
우주선이 착률할 수 없는 행성
이들은 유체가 주성분이기 때문에 지구형 행성처럼 명확한 '표면'이 존재하지 않습니다. 이들의 대기는 하강할수록 짙어지며, 중심핵에 가까워지면 수소 및 헬륨은 액체 또는 액체 비슷한 물질로 압축되어 있을 것으로 추측됩니다. 그러므로 이들 행성에 우주선이 '착륙'은 할 수가 없습니다. 따라서 이들의 반지름, 겉넓이, 표면 밀도, 부피, 표면 온도 등은 오직 외관상으로 봤을 때의 최외곽 대기층만을 기준으로 한 수치입니다.
목성형 행성의 중심핵은 지구형 행성처럼 석질 또는 철질이지만(유체 행성이 탄생하기 위해서는 이와 같은 중심핵 물질이 필요했다), 행성 대부분의 질량은 행성의 외형으로 보여지는 두터운 유체층에 존재합니다. 따라서 밀도가 낮아 지구형 행성보다 바깥쪽 궤도에 있으며, 크기 또한 상대적으로 거대합니다.
고리와 위성을 가지고 있는 목성형 행성들
모든 가스 행성에는 고리 및 위성들이 존재합니다. 토성의 고리가 그 중 가장 화려한 외관을 자랑하며, 인류가 알고 있는 외계 천체들 중 이와 같은 고리 구조를 갖고 있는 것은 토성 이외에는 아직 발견된 것이 없습니다. 2008년 기준으로 목성의 위성은 112개 이상으로 태양계 행성들 중 가장 많습니다.
네가지 가스 행성은 비교적 빠른 속도로 자전하며 자전면과 평행한 방향의 띠 무늬를 상층 대기에 형성합니다. 이러한 띠는 토성에서 가장 뚜렷하며, 목성과 해왕성에는 약한 형태로 나타나며, 천왕성 표면에는 거의 나타나지 않습니다.
우리 태양계에 속해 있는 가스 행성 네 개는 공통적인 특징이 있습니다. 모두 수소 및 헬륨으로 대부분 구성된 대기를 지니고 있으며 내부에 임계 압력을 넘어서는 곳부터 액체 형태로 상기 성분들이 존재합니다. 목성과 토성의 경우 대기와 본체의 경계가 명확하지 않은데, 반면 천왕성과 해왕성의 경우 일부 모형들에 의하면 경계면이 뚜렷할 것으로 보고 있습니다. 내부 온도는 매우 높아서 천왕성과 해왕성은 7,000 켈빈(열역학적 온도 혹은 절대온도의 단위, 0켈빈은 －273.15℃), 목성의 경우는 2만 켈빈이나 됩니다. 이처럼 큰 온도는 이들의 내부가 대부분 유체 형태로 이루어져 있을 것임을 짐작하게 합니다. 또한 이들 가스 행성에 있는 '암석질 핵'은 통상적으로 연상하는 돌덩어리 핵이 아니라, 철이나 니켈과 같이 무거운 원소들의 집중도가 다른 부위보다 높다는 뜻에 불과합니다.