건너뛴 행성, 목성

1801년 시칠리아의 팔레르모 천문대장 주세페 피아치가 항성을 관측하기 위해서 하늘을 살펴보고 있었는데 여타 항성들과 다르게 운행하는 천체를 발견한 것이다. 피아치는 그 천체를 세레스ceres라고 명명했다. 로마신화에서 그리스 신화의 데메테르에 해당하는 농업의 여신이자 시칠리아의 수호여신이기도 한 케레스의 이름을 딴 것이다.  카를 프리드리히 가우스는 이 문제에 수학적인 관점으로 접근할 수 있다고 생각했다. 세레스는 건너뛴 행성으로 간주되면서 천문학 교과서에 입성했다. 하인리히 올베르스는 세레스를 다시 관측하려고 했다. 그 순간 다른 천체가 그 앞을 지나갔다. 새로운 행성이 발견된 것이다. 1779년 팔라스가 발견된 적이 있다.  당시 팔라스를 관측한 사람은 혜성 사냥꾼으로 알려진 프랑스 천문학자 샤를 메시에다.  팔라스는 행성의 지위를 얻었고 태양계의 구성은 수성, 금성, 지구, 화성, 팔라스, 세레스, 목성, 토성, 천왕성으로 바뀌었다.  독일 천문학자 카를 루트비히 하딩은 화성과 목성 사이에서 또다시 새로운 행성을 발견하고 유노라고 명명했다. 1807년 올베르스가 유노와 멀지 않은 곳에서 네 번째 행성을 발견하여 베스타라고 명명했다,

 

1845년 아마추어 천문학자 카를 루트비히 헨케는 새로운 천체 아스트리아를 별견했다. 화성과 목성 사이에서 발견된 처음 4개의 행성들은 건너뛴 행성으로서 그려야 할 궤도에 정확히 있지도 않았다. 윌리엄 허셜은 문제의 천체들을 소행성으로 부르자고 제안했다.  화성과 목성 사이에 1억8000만 킬로미터에 걸친 그 띠 모양의 구역에서는 그 후에 많은 소행성들이 발견되었다. 과학자들은 소행성대가 태양계와 동시에 만들어졌다고 본다. 먼지와 암석들이 큰 무리를 지어 궤도를 돌고 있었는데 거대한 목성의 존제와 그 중력의 영향 때문에 행성을 이루려는 물질들이 서로 충돌하거나 목성에 끌려가면서 정상적인 행성이 만들어지지는 못했다는 것이다. 두 번째 가설은 건너뛴 행성들이 목성의 영향으로 충돌을 하고, 물질도 빼앗기면서 파괴되었다고 생각한다. 소행성대는 그 행성의 잔제로 이루어졌다는 것이다. 어쨌든 소행성 너머에는 거대한 기체형 행성들이 자리잡고 있는데 그중 가장 큰 행성이 목성이다.

 

지름이 지구의 11배가 넘는 목성은 태양계에서 가장 큰 행성이다. 크기도 최대, 질량도 최고이다. 목성의 궤도에서 중심이 되는 점은 태양이 아니라 태양에서 약간 벗어나 있다. 목성의 질량때문에 태양도 목성과의 질량중심을 기준으로 궤도를 그리고 있다는 것이다.  목성은 태양의 움직임에 영향을 미치고 잇다. 목성은  불그스름한 줄무늬와 함께 거대한 눈동자처럼 생긴 점이 하나 있다. 사실 목성의 점은 태양계에서 가장 크고 가장 오래 지속되어온 폭풍으로 그 크기가 지구보다도 훨씬 크다.  그곳에서는 시속 700킬로미터의 바람이 불고 있다. 목성이 천체망원경으로 처음 관측된 것은 1610년으로 관측 주인공은 갈릴레이다.  목성의 위성도 4개 발견했다. 목성은 토성에 비하면 명함도 못 내밀 수준이지만 고리를 가지고 있다. 목성은 성분만 보면 태양과 같은 일반적인 항성을 연상시킨다.  다량의 수소 75%와 그보다는 적은 헬륨24%,  그리고 그보다 훨씬 적은 더 무거운 원소들로 이루어져 있다. 목성은 자체 중력으로 열핵융합 과정을 일을킬 수 있을 만큼의 질량은 되지 않는다. 고도가 높은 곳에서 강한 폭풍우가 빈번하게 발생하면 메탄분자가 깨지면서 탄소원자가 비처럼 떨어지게 되고, 이 탄소 원자들이 떨어지는 동안 점점 더 큰 압력을 받으면 흑연단계를 거쳐 다이아몬드 결정을 이룰 수도 있다. 이 다이아몬드 결정은 강한 압력과 이로 인한 열을 받으면서 녹게 되는데, 이 값비싼 비가 토성에도 내릴 수 있다고 한다.

 

갈릴레이가 목성 주위에서 발견한 4개 위성은 이오, 가니메데, 칼리스토, 유로파이다.  이오는 목성에 가장 가까이 위치한 위성으로 목성 주위를 한 바퀴 도는 데에 40시간밖에 걸리지 않는다. 크기는 달 정도지만 태양계에서 태양 다음으로 가장 활동적인 천체이다.  목성과 목성 중력장에 아주 근접해 있으면서, 목성 주위를 도는 속도가 빨라서 기조력에 따른 활발한 화상활동이 일어나고 있기 때문이다. ( 달이 지구에 미치는 중력은 지구의 땅 뿐만 아니라 바다도 끌어 당긴다. 그 힘을 기조력이라고 한다. 모든 천체는 중력적 인력으로 바다에 조류를 유발할 수 있으며, 그 힘이 용해된 상태의 마그마에 작용하면 강한 화산 활동이 일어난다. )

 

가니메데는 자기장을 가지고 있는데, 그 이유는 행성 분화과정을 거친 천체로서 그 중심에 액체상태의 핵이 있고, 철 성분이 풍부한 이 핵에서 대류운동이 지속적으로 일어나기 때문이다. 칼리스토는 규산염 핵을 가진 것으로 보이며, 암석과 얼음으로 된 지표면 아래 100킬로미터 깊이에 액체 상태의 물로 이루어진 바다가 있을 가눙성도 존재한다. 칼리스토 표면은 이와 달리 크레이터로 뒤덮혀 있는데, 이는 이 위성이 지각 변동 활동을 겪지 않았을 뿐만 아니라 아주 오래된 것임을 말해준다.  유로파는 얼음으로 뒤덮인 표면 덕분에 태양계에서 가장 매끄러운 위성으로 꼽힌다. 그 표면에서는 액체 상태의 물이 간헐천처럼 분출되는 현상이 탐지 되는데, 지하 90킬로미터 깊이에 거대한 바다가 있는 것으로 추측된다. 목성의 위성은 갈릴레이 위성들외에 63개가 더 있는 것으로 집계되었다. 태양계 안에 또 하나의 작은 태양계가 자리해 있는 셈이다.