외행성계 그리고 혜성과 지난 번에 하다가 만 소행성대

외행성계 & 혜성

 

지난번 내행성계를 공부하고 오늘은 외행성계와 혜성에 대한 내용을 공부할 차례다.

그런데 가만히 보니까 지난번 내행성계와 함께 보려고 했던 소행성대를 빼먹었다.

지난번에 빼먹었으니 오늘 같이 알아보도록 하자.

 

 

소행성대

태양계의 작은 천체들을 소행성이라고 부르는데, 대부분 암석이나 금속 같은 휘발성이 없는 광물질로 구성돼있다.

화성과 목성의 궤도 사이에 주 소행성대가 형성되어 있으며, 태양과의 거리는 약 2.3~3.3AU이다.

만약 목성이 없었다면 이들도 행성이 되었을지 모르지만, 태양계가 생성되는 초기 당계에 목성의 중력 때문에 뭉치지 못하면서 행성이 되는 데 실패한 것으로 보인다.

 

소행성의 크기는 현미경으로 봐야 할 만큼 작은 것에서 수백 킬로미터까지 다양하다.

가장 큰 세레스를 뺀 나머지 모든 소행성들은 태양계 소천체로 분류되지만, 4 베스타와 10 히기에이아처럼 유체 정역학적 균형 상태에 있음이 증명되면 왜행성으로 다시 분류될 수도 있다.

 

소행성대에는 지름이 200m가 넘는 천체가 여러 개 있지만 그들의 질량을 모두 합쳐도 지구의 1/1000이 안된다.

태양계의 행성 중에는 그리 큰 편이 아닌데도 불구하고 소행성과 비교하면 지구는 상당한 크기이다.

영화에서 보면 우주선을 타고 가다가 소행성 무리를 만나 충돌하는 장면을 본 적이 있을 것이다.

하지만 주 소행성대의 천체들은 서로 멀리 떨어져서 태양을 돌고 있기 때문에, 우주선이 이 곳을 지나가도 충돌은 일어나지 않는다.

 

앞서 말했던 가장 큰 소행성인 세레스는 왜행성으로 분류된다.

직경이 약 1,000km에 달하고, 자체 중력만으로도 구형의 형태를 유지할 수 있는 힘이 있다.

그 때문에 발견되었던 당시에는 행성으로 판단됐지만 다른 소행성들이 발견되면서 소행성으로 재분류됐다.

그 후 2006년에 왜행성으로 또 한 번 재분류가 됐다.

 

소행성대는 이렇게 마무리하고, 외행성계와 혜성에 대해 공부를 시작하자.

 

 

외행성계

내행성계와 반대로 태양계의 바깥쪽에 있는 지역으로 거대한 가스 행성과 행성만 한 규모의 크기를 지닌 위성이 있다.

이들은 태양으로부터 거리가 매우 멀기 때문에 물과 암모니아, 메탄 등 휘발성 물질들이 천체에서 차지하는 비중이 크다.

이게 맞는지 모르겠지만 뜨거운 태양에서 멀리 벗어나니까 당연히 덜 증발하니까 그런 것으로 판단된다.(개인적인 생각)

낮은 온도에서 휘발성 물질들은 고체로 존재할 수 있기 때문에 외행성계의 행성들을 구성하는 휘발성 물질들 역시 고체로 존재한다.

 

 

목성형 행성

태양계의 바깥쪽을 돌고 있는 네 개의 커다란 행성을 말한다.

목성형 행성 말고도 가스 행성, 외행성으로 불린다.

 

외행성의 질량은 태양계의 8개 행성의 99%를 차지한다.

즉, 외행성계를 제외한 지구형 행성 4개의 질량은 1% 정도밖에 되지 않는다.

하지만 밀도는 낮아서 암석 행성들의 20% 정도이다.

 

목성과 토성은 대부분 수소와 헬륨으로 구성되어 있다.

 

4개의 목성형 행성은 모두 고리를 가지고 있지만, 토성을 제외한 다른 행성들은 지구에서 고리가 관측되기 어렵다.

 

 

목성

태양계 8 행성 중에 가장 크고 무거운 행성으로 태양에서 약 5.2AU 떨어져 있다.

질량이 지구의 약 318배이고, 목성을 제외한 나머지 7개의 행성을 모두 더한 것보다도 2.5배 무겁다.

 

내부 열이 강하기 때문에 행성 표면에는 자전 방향과 평행하게 줄무늬 모양의 띠가 있고, 반영구적인 대기 구조를 만들어낸다.

 

크기가 큰 만큼 많은 위성을 가지고 있는데 알려진 것만 63개이다.

63개의 위성 중에 가장 질량이 큰 4개(가니메데, 칼리스토, 이오, 유로파)는 암성 행성과 비슷한 성질을 띤다.

이 중에 가니메데는 부피가 수성보다도 크다.

내행성과 외행성의 크기 차이를 어느 정도 실감할 수 있는 부분이다.

 

 

토성

태양으로부터 9.5AU 떨어진 토성은 모든 면에서 목성보다 조금씩 작다.

 

대표적인 특징으로 고리를 말할 수 있는데 지구에서 고리를 관측할 수 있는 유일한 행성이다.

 

목성의 60%인 부피를 가지고 있지만 질량은 1/3도 되지 않는다.

하지만 지구와 비교하면 95배나 크다.

부피는 크지만 질량이 낮다는 것은 밀도가 매우 낮다는 이야기인데, 실제로 태양계에서 가장 작다.

 

목성 다음으로 위성을 많이 가지고 있는데, 타이탄과 엔켈라두스는 지질학적인 활동도 하고 있는 것으로 보인다.

'그럼 지구랑 비슷한 건가'라고 생각했는데 화산에서 얼음이 분출된다고 한다.

게임 속에서나 볼 수 있는 장면이 실제로 일어나고 있는 것이다.

 

타이탄은 수성보다 부피가 크다.

 

 

천왕성

천왕성과 해왕성은 목성, 토성보다 얼음 물질의 비중이 큰 행성이다.

질량의 약 10%만이 가스 성분이고 대부분 메탄, 암모니아, 물 등의 얼음 성분이기 때문에 거대 얼음 행성이라고도 한다.

확실히 태양에서 거리가 멀어지면서 온도가 낮아진 영향일 것이다.

 

천왕성은 태양에서 19.2AU 떨어져 있는 외행성 중에선 가장 가벼운 가스 행성이다.

외행성 중에 가장 가볍지만 지구의 14배이다.

다시 한번 외행성과 내행성의 차이를 느낄 수 있는 부분이다.

 

천왕성은 황도면에 대해 97.9도 기울어져 있기 때문에 누운 상태로 태양을 도는 것처럼 보인다.

천왕성의 중심핵은 다른 가스 행성들보다 훨씬 차갑고, 방출되는 열도 훨씬 적다.

 

여러 개의 위성을 가지고 있는데 그중 다섯 개의 큰 위성들은 단층이나 절벽, 산맥, 화구 등 복잡한 지형들이 많다.

특히 미란다라는 위성의 표면은 믿기 힘들 정도로 연속성이 없다.

 

 

해왕성

태양과의 거리 30AU이고 천왕성보다 약간 작지만 조금 더 무거운 가스 행성이다.

당연히 밀도는 천왕성보다 크다.

 

내부 열은 천왕성보다 많이 발산하지만 목성이나 토성보다는 적다.

태양에서 멀어질수록 내부 열도 낮을 줄 알았는데 아닌가 보다.

 

주변에 13개의 위성이 있고 그중 트리톤이 가장 크다.

트리톤은 태양계에 있는 위성 중에 유일하게 반대 방향으로 모행성을 공전한다.

많은 소행성들이 해왕성과 같은 궤도를 도는데 이 소행성들을 트로이족이라고 부른다.

 

 

혜성

혜성은 휘발성 얼음 혼합물로 이루어진 수 킬로미터 정도의 천체이다.

태양에 가까워졌을 땐 내행성 궤도까지 들어오고 멀어질 땐 명왕성 밖으로 벗어난다는 경우가 많다.

 

혜성이 내행성 궤도에 들어왔을 때 태양에 가깝기 때문에 얼음 상태이던 휘발성 물질들이 증발하게 된다.

이때 '코마'라는 이름의 꼬리를 만들어낸다.

이 것은 사람의 육안으로도 관찰할 수 있고, 우리가 흔히 혜성을 표현할 때 그리는 그것이다.

 

혜성은 단주 기와 장 주기로 구분지을 수 있는데, 단주기 혜성들은 지구를 한바퀴 도는데 200년도 걸리지 않는 반면 장주기 혜성들은 한 바퀴 도는 시간이 수천 년씩 걸린다.

 

공전궤도가 타원형인 몇몇 혜성들은 태양계 외부에서 태어나서 태양계로 들어온 경우가 있는데, 궤도 자체가 태양계를 들락날락하기 때문에 정확학 궤도를 알아내는 것은 쉽지 않다.

 

태양 가까이에서 휘발성 물질이 거의 다 증발해버린 오래된 혜성은 소행성으로 분류되기도 한다.

 

 

태양계의 큰 맥락과 내행성계, 외행성계를 공부하고 나니까 태양계까 어떻게 생겨먹었는지 정도는 알 것 같다.

점점 더 재미있어진다.