토성, 천왕성, 해왕성

토성은 고리 때문에 한눈에 알아볼 수 있는 천체로 태양계에서 두 번째로 큰 행성이다.  질량의 지구의 95배인데 부피는 지구의 900배에 달한다. 토성의 고리를 처음 발견한 사람은 갈릴레이인데  1610년이다. 토성의 고리는 폭은 넓어도 두께는 아주 얇다. 토성은 자전 속도가 빨라서 폭이 길이보다 10% 더 크다.  양극을 세로축으로 잡았을 때 위아래로 납작하게 눌린 모양이라는 뜻이다. 토성 표면에는 시속 1800킬로미터에 이르는 바람이 분다. 토성의 북극은 두 가지 점에서 주목을 받고 있다.  첫째는 극 소용돌이라고 불리는 지속적인 폭풍이 발생하고 있다는 것이다.  토성 극소용돌이는 뜨거운 성질을 가지고 잇다.  두 번째는 토성의 북극에 육각형 형태의 회전하는 추상적 구조물이 존재하는 것처럼 보인다는 점이다. 

 

토성의 평균 밀도가 액체 상태의 물보다 낮아도 깊은 곳의 밀도는 물보다 훨씬 더 높다.  토성의 위성은 관측 사실을 기준으로 하면 65개인데 그중 공식적으로 확인된 것은 53개이다.  7개의 위성은 타이탄, 미마스, 테티스, 엔셀라두스, 디오네, 히페리온, 포이베는 크기가 꽤 크다.  1789년 윌리엄 허셜이 발견한 미마스는 지름이 400 킬로미터 정도 되는 위성으로 주로 얼음과 약간의 암석으로 이루어져 있다.  미마스에는 크레이터가 있다.  엔셀라두스는 타이탄과 더불어 가장 큰 호기심을 자아내는 토성의 위상이다.  엔셀라두스의 얼음 표면 아래는 액체 상태의 바다가 존재하는 것으로 확인되었으며, 유기분자가 존재할 가능성도 있다.  '열 + 액체 상태의 물 + 유기분자= 우리가 아는 대로의 생명체' 에 필요한 성분이라는 공식이 통할 가능성이 어쩌면 유로파보다 높을 수도 있다. 또한 깨끗한 얼음으로 덮힌 표면 때문에 태양계에서 태양 다음으로 가장 밝은 천체이기도 하다.  엔셀라두스에는 대기도 존재한다. 성분은 대부분 수증기로 이루어져 있다.

 

타이탄은 1655년 하위헌스가 발견한 타이탄은 토성의 위성들 중 가장 먼저 관측되었으며,  태양계의 위상들 가운데 가니메데에 이어 두 번째로 크다. 수성보다도 조금 더 크고 물 절반에 암석 절반으로 이루어져 있다. 태양계 위상들 중 유일하게 짙은 농도의 실질적인 대기를 가졌다는 점이다. 타이탄 대기는 200킬로미터에서 800킬로미터에 이르는 고도까지 두껍게 형성되어 있으며 (지구 대기 두께는 대체적으로 약 100킬로미터) 너무 불투명해서 지면을 연구할 수 없을 정도다. 지면 대기는 지구 대기의 1.5배 정도의 밀도를 보이며, 성분의 98%이상이 질소이다. 타이탄의 환경은 메탄을 물로 바꾸기만 하면, 지구의 환경과 그렇게 다르지 않다.  타이탄의 지면에서는 메탄이 비로 내리거나 바람으로 불고 있을 것 같으며 얼음 화산의 활동은 타이탄에 상당한 양의 물이 존재함을 말해준다.

 

천왕성은 육안으로 보이지 않다가 발견된 첫 번째 행성이다. 천왕성의 발견은 태양계의 크기를 단번에 크게 확장시킨 사건이었다. 천왕성은 1781년 윌리엄 허셜이 발견했지만, 관측 자체는 18세기 전에도 꾸준히 이루어져 왔다. 당시는 천왕성을 항성이라고 생각했다. 항성으로 분류하면서 '황소자리 34번'이라는 이름을 붙였다.  천왕성은 자전축이 완전히 누운 상태로 행성의 자전축을 정의하는 양극이 거의 공전궤도상에 위치한다. 대부분의 행성은 공전 궤도면 위에서 팽이처럼 돌고 있는데 천왕성은 바퀴처럼 옆으로 굴러가고 있는 것이다.  해왕성은 1612년에 갈릴레이가 목성을 관측하던 중에 발견했다.  천문학자들은 해왕성이 천왕성과 상당히 비슷하게 궤도상에서 아무렇게나 움직이는 것처럼 보인다는 것을 알았다. 이를 두고 해왕성의 섭동이라고 한다. 퍼시벌 로웰은 해왕성 너머에 아직 알려지지 않은 행성이 있다고 생각했다. 그 미지의 행성을 행성X라고 명명하고 찾았지만, 그 행성은 발견되지 않았다. 미국 천문학자 윌리엄 톰보는 다른 항성들과 다른 움직임을 보이는 점 하나를 찾아냈다. 미국이 새로운 행성을 별견한 것이다. 그러나 이 행성을 섭동의 원인으로 보기에는 너무 작고 가벼웠다.  이 행성의 이름을 로마 신화의 저승의 신 이름을 따서 플루토, 즉 명왕성이라고 부르기로 했다. 그런데 20세기 동안 우주에서는 거리와 질량, 크기 등에서 명왕성과 상당히 유사한 천체가 1000개도 넘게 발견되었다.

 

수성,금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성, 명왕성, 처음 4개는 암석형 행성, 그 다음 4개는 기체형 행성, 그리고 그 다음에 다시 암석형 행성이 있는 것이다. 명왕성 주위에서 마케마케, 오르쿠스, 세드나 같은 천체들이 무더기로 발견되었음에도 불구하고 꿋꿋하게 행성으로 간주 되었다. 해왕성 너머에서 새롭게 발견된 에리스라는 천체가 명왕성보다 더 크다는 것이 확인되었기 때문이다. 명왕성이 행성이라면 에리스도 행성이어야 했다. 국제천문연맹은 일련의 태양계 천체들에 대해서 그 지위를 명확하게 정의하기로 결정했다.  2006년 8월24일 국제천문연맹은 행성의 정의로 세가지 조건을 제안했다.

* 정역학적 평형에 도달해서 열핵융합 반응을 일으키지 않는다.

* 태양 주위의 궤도를 돈다.

* 궤도 주변을 지배한다.

 

정역학적 평형은 질량이 충분히 커서 자체중력으로 밀집된 구의 형태를 유지해야 한다는 뜻이다. 그리고 달과 같은 위성은 행성으로 간주하지 않는다는 말이며, 어떤 항성 주위로 궤도를 돌아야 한다는 말이다. 세번째는 자신의 궤도상에 있는 암석이나 얼음, 먼지 따위를 자체 중력으로 흡수할 수 있어야 한다는 뜻이다.