목성의 물리적 특징과 데이터

 

소행성대의 돌덩이들 너머에서 우리는 마치 우주 공간에 떠 있는 거대한 구슬 같은, 태양에서 다섯 번째 행성을 발견한다. 거인들 중의 거인인 목성의 크기는 정말 굉장하다. 목성의 직경은 지구의 11배가 넘으며, 그 질량도 지구형 행성을 모두 합한 질량의 150배를 넘는다. 그러나 목성은 이들 작은 세계와는 전혀 다르다. 목성의 화학 조성은 오히려 태양과 매우 유사해서 주로 수소와 헬륨으로 이루어져 있으며, 딱딱한 표면이 없다. 우리는 그저 목성의 대기만을 볼 뿐이다. 그곳에는 구름들이 뚜렷한 여러 층의 피를 이루며 빠르게 회전하여 행성 전체를 에워싸고 있으며, 거대한 태풍이 흔하게 발생한다. 목성은 유체 행성이기 때문에 우리에게 이 행성의 과거에 대해 말해 줄 단층이나 화산 혹은 운석구와 같은 지표 흔적이 존재하지 않는다. 그러나 도처에 실마리들이 있다. 이 거대한 가스 행성의 주위에는 적어도 63개의 위성이 돌고 있으며, 이들 가운데 네 개는 행성들과 비교할 만한 크기이다. 이 위성들의 표면 구조는 천문학자들에게 목성계의 역사를 어느 정도 이해할 수 있게 해 주었다.

 

목성 데이터

질량: 1.90×1027kg, 지구의 317.7배
지름: 143,884km, 지구 지름의 11.2배
표면 중력: 2.6g
축 기울기: 3.1
평균 표면 온도: -1500
자전 주기: 9,93시간
궤도 주기: 11.9년
황도에 대한 궤도 경사: 1.3°
궤도 이심률: 0.048
태양으로부터의 거리: 4.95~5.45AU
햇빛 강도: 지구의 햇빛 세기의 0.034~0.04]
위성: 63개 이상
최대 위성: 가니메데, 지름 5262km

 

목성의 물리적 특징

태양으로부터 대략 5AU 거리에 있는 목성은 거대 행성의 안쪽 경계선을 정의한다. 목성과 목성형 행성들이 거대한 가스 행성으로 알려진 것은 그들이 주로 수소와 헬륨으로 이루어져 있기 때문이었다. 그러나 이 이름은 사실 잘못된 명칭이다. 이들 원소는 지구상의 대기 조건에서는 가스 상태이지만, 목성 내부의 압력에서는 액체 상태로 존재한다. 실제로 목성은 빙글빙글 도는 거대한 액체 덩어리이다. 크기에 비해 너무 빨리 돌아서(자전 주기가 10시간도 되지 않는다.) 적도 부분이 뚜렷이 부풀어 있다.

목성의 내부 깊숙한 곳에는 암석과 얼음으로 이루어진 핵이 있다. 2부에서 보았던 것처럼 바로 이것이 태양 성운에서 태어난 뒤 물질을 빨아들이기 시작해 목성을 그렇게 무겁게 만들었던 원래의 원시 행성이다. 이 핵은 아마도 지구질량의 20배는 될 것으로 추정되며, 두 개의 뚜렷한 부분 즉 암석질의 중심부와 얼음 상태의 외곽부로 구별된다. 그러나 핵의 극단적인 조건을 고려한다면 이 구성 물질이 지구에서 발견되는 것과는 전혀 다른 상태일 것으로 생각된다.

 

목성 핵의 압력은 적어도 5000만 기압이며 온도는 태양 광구에서의 온도로 다섯 배나 뜨겁다. 한편 핵 바깥쪽에 있는 이 행성의 나머지 부분은 사실상 완전히 액체이다. 행성 대부분은 액체 금속 수소로, 수소가 양성자와 전자로 쪼개져 마치 금속처럼 전기를 전도한다. 이러한 현상도 바로 이런 큰 압력 상태이기에 가능한 것이다. 뜨거운 핵에 의해서 발생하는 액체 금속 수소 안에서의 대류 운동은 목성의 자기장을 일으킨다. 목성의 자기장은 지구의 자기장보다 10배나 더 강하다. 금속 수소 위에는 더 작은 보통의 액체 수소 껍질이 있다.

 

수소가 더 낮은 압력 하에 있으므로 액체이기는 해도 전기를 잘 전도하지 못한다. 이 액체가 표면을 가질 게 틀림없다고 생각하기 쉽다. 그러나 사실은 그렇지 않다. 이 액체를 대기와 구분하는 뚜렷한 경계는 없다. 대신 액체 수소 안의 압력이 고도에 따라 점차 떨어지고, 목성의 바깥 가장자리의 1000킬로미터 이내에서는 이 행성의 표층이 가스로 이루어진 대기와 어느 정도 섞이게 된다. 목성의 대기는 지구형 행성의 대기와는 전혀 다르다. 조성도 다르고 날씨 패턴도 다르며 모습도 엄청나게 다르다. 밝은 빛깔의 구름들이 급속한 회전 때문에 띠의 형태가 되어 이 행성을 에워싸고 있다. 밝은 띠 사이로 검은 줄무늬의 띠가 있는데, 탐사선 측정 결과 목성의 대기에서 밝은 띠가 검은 띠보다 더 높은 고도에 있는 것으로 드러났다. 밝은 띠는 가스가 끊임없이 올라가고 있는 고압지역이다. 반면에 압력이 낮은 검은 띠에서는 가스가 항상 내려가고 있다. 이러한 패턴이 어떻게 유지되는지는 아무도 모른다. 한편 밝은 띠와 검은 띠 위에 지구상의 허리케인 같은 원형 폭풍이 겹쳐져 있다. 가장 유명한 것이 대적반이다. 이것은 구름 위로 8킬로미터 정도의 높이에 놓여 있으며 고압가스가 위로 올라가면서 소용돌이치는 지역이다.