태양계 공부 첫단계! 역시 우주는 방대하다

태양계 정의

태양계란 항성인 태양의 중력에 이끌려 있는 주변 천체가 이루고 있는 체계를 일컫는 말이다.

태양을 중심에 두고 그 주변을 공전하는 행성들은 소행성대를 기준으로 해서 안쪽에는 고체 행성인 수성, 금성, 지구, 화성이 있고, 바깥쪽에는 네 개의 유체 행성인 목성, 토성, 천왕성, 해왕성이 있는 것으로 알려져 있다.
여기서 수, 금, 지, 화는 지구형 행성으로 목, 토, 천, 해는 목성형 행성으로 분류한다.

행성 외에 태양계를 구성하는 천체로는 소천체로 이루어진 띠도 있다.
화성과 목성 사이에 존재하는 소행성대의 무리는 대부분 지구형 행성과 비슷한 성분을 가지고 있다.
카이퍼 대와 그 소집단 산란 분포대는 해왕성 궤도 밖에 있으며, 이곳은 대부분 물과 암모니아, 메탄 등이 얼어 있는 형태이다.
소행성대와 카이퍼 대, 산란분포대 천체 세레스, 명왕성, 하우메아, 마케마케, 에리스는 행성만큼의 힘은 없지만 자체 중력만으로 구의 형태를 유지할 만큼 크다고 인정되어서 왜행성이라고 불린다.

장주기 혜성의 고향으로 알려진 오르트 구름은 지금까지의 설명한 구간의 약 천 배 정도 되는 거리에 걸쳐져 있다.
태양계 내에서 혜성과 센타우루스족, 우주 먼지 같은 소천체들은 이런 구역을 자유롭게 떠다니고, 태양으로부터 나오는 태양풍은 태양권 내에서 항성풍 거품을 만들어 낸다.
지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성과 왜행성인 명왕성, 에리스, 하우메아, 마케마케는 위성을 가지고 있고, 목성형 행성은 자체적으로 고리를 가지고 있다.

 

 

 

태양계 구성요소

 

태양계는 핵심인 태양이 지금가지 알려져있는 태양계 전체 질량의 99.86%를 차지하고 있고, 그 중력으로 태양계 내의 천체들을 지배하고 있다.

태양의 주변 궤도를 선회하는 두 개의 거대한 가스 행성과 두 개의 거대한 얼음 행성은 태양을 제외한 나머지 질량의 99%를 차지하는데, 그 중 목성과 토성이 약 90%를 차지한다.

 

태양 주변을 궤도 선회하는 큰 천체는 지구 궤도, 황도와 거의 흡사하다.

행성의 궤도가 황도와 아주 비슷한데 비해 혜성이나 카이퍼 대 천체는 각도가 두드러지게 크다.

모든 행성과 대부분의 천체들은 태양의 자전 방향에 맞게 공전하지만 간혹 핼리 혜성처럼 예외도 있다.

 

케플러 법칙에 따르면 각각의 천체는 태양을 중심으로 타원 궤도를 그리며 운동한다.

대부분 원형에 가까운 타원이지만 혜성이나 카이퍼 대 천체 등의 궤도는 길쭉한 타원형이다.

그 중에서도 특히 세드나는 상당히 찌그러진 형태의 타원 궤도를 가지고 있다.

태양에 가깝고, 반장축이 작을수록 1년이 상대적으로 짧아진다.

 

천체가 태양에서 가장 가까울 때의 점을 근일점, 가장 멀 때의 점을 원일점이라고 부른다.

천체는 근일점에서 가장 빠르게 운동하고, 원일점에서 가장 느리게 운동한다.

 

우리가 흔히 볼 수 있는 태양계 모형을 보면 행성 간의 거리를 거의 비슷하게 해놓은 걸 볼 수 있다.

이 것은 행성 간의 거리가 너무 멀기 때문에 왜곡하여 나타낸 것이다.

실제로는 몇몇을 제외하고 태양에서 더 면 행성일수록 안쪽의 궤도와 간격이 더욱 넓다.

예를 들면, 금성은 수성보다 약 0.33AU만큼 바깥에 있지만, 토성은 목성보다 4.3AU만큼 바깥에 있고, 해왕성은 천왕성보다 10.5AU만큼 바깥에 있는 것을 볼 수 있다.

 

태양계 행성 대부분은 그 자신의 체계를 가지고 있다.

행성 주변을 공전하는 자연 위성 중 몇몇은 행성보다 크기가 큰데, 대표적으로 가니메데가 그렇다.

대형 위성들은 대부분 조석고정을 하고, 모행성을 향해 한쪽 면만 보인다.

달의 뒷면이 보이지 않는 이유도 이 것이다.

네 개의 거대한 행성, 목성형 행성은 그 주변을 선회하는 작은 입자들이 모여 얇은 띠인 행성 고리를 가지고 있다.

 

 

 

태양계 발견 그리고 탐험

 

긴 시간을 지나는 동안 인류는 태양계의 존재를 알지 못했다.

그들은 지구가 우주의 중심에 있고 움직이지 않으며, 하늘에서 움직이는 다른 천체들과는 다른 존재라고 믿었다.

인도의 천문학자 아리아바타와 고대 그리스의 철학자 사모스의 아리스타르코스가 태양이 중심에 있는 우주론을 추측하기도 했지만 최초로 수학적인 근거를 들어 예측한 사람은 코페르니쿠스다.

 

이 후 17세기에는 케플러와 갈릴레오 갈릴레이, 뉴턴이 물리학에 대한 이해를 통해 지구가 태양의 주위를 돌고 있다는 생각을 받아들였다.

 

최근에는 망원경 기술이 발달하고 무인 우주선을 사용하면서 다른 행성들은 탐사하고 관측하는 기술까지도 등장하였다.

이에 따라 다른 행성들의 지질학적 현상이나 기상학적 현장을 조사할 수 있게 되었다.

 

태양계 분류

 

태양계는 비공식적으로 여러 부분으로 나눌 수 있다.

내행성에는 네 개의 암석 행성과 소행성대가 포함되고, 외행성에는 네 개의 가스 행성이 포함된다.

카이퍼 대가 발견되면서 태양계의 규모는 해왕성을 넘어 천체까지 미치게 되었다.

 

물리적인 관점에서 태양 주변을 도는 천체는 '행성과 왜행성, 소천체' 3가지로 분류된다.

행성은 충분한 질량을 가져 구형의 몸체를 이루고, 공전 궤도상에 있는 작은 천체를 빨아들인 천체를 말한다.

태양계 내에는 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성이 행성으로 분류된다.

예전에는 명왕성도 행성으로 분류했으나 근처에 있는 카이퍼 대 물질을 빨아들이지 못해 정의에서 벗어났다고 판단되어 행성에서 제외되었다.

왜행성은 행성처럼 충분한 질량을 가지면서 구형의 몸체를 이루지만 근처의 작언 천체들을 빨아들이지 못하는 천체를 말한다.

태양계에는 세레스, 명왕성, 하우메아, 마케마케, 에리스가 그렇다.

현재는 아니지만 90377 세드나, 90482 오르쿠스, 50000 콰오아 등 미래에 왜행성으로 분류 될 가능성이 있는 천체도 있다.

소천체는 이 밖에 태양 주변을 돌고 있는 나머지 천체들을 말한다.

 

행성 과학자들은 태양계 곳곳에서 발견되는 물질들을 가스, 얼음, 암석 등으로 설명한다.

여기서 <가스>는 분자 수소, 헬륨, 네온 등 녹는점이 매우 낮으면서 높은 증기압을 갖는 물질이다.

가스 행성은 언제나 성운 내에서 기체 상태를 유지한다.

 

<얼음>은 물, 메탄, 암모니아, 황화수소, 이산화탄소 같은 물질로 녹늠점이 수백 캘빈 정도이다.

얼음 물질은 태양계 내에 액체, 기체, 얼음 등 여러가지 형태로 존재하고 있고, 성운 내에서는 고체 또는 기체로 존재한다.

가스와 얼음을 휘발성 물질로 부르기도 한다.

 

마지막으로 <암석>은 원시 행성계 성운 내 대부분의 조건에서 고체로 남아 있을 수 있는 혼합물을 말한다.

그 말은 녹는점이 높다는 이야기다.

암석 물질들은 대부분 규소와 철, 니켈 같은 금속을 포함하고 있다.

내행성 대에 흔하게 존재하고, 암석 행성과 소행성의 몸체를 구성하는 중요한 물질이다.