위성과 지구형 행성

300만~1000만 년

규칙 위성들

네 개의 거대한 행성이 만들어지는 과정에서 부수적으로 만들어지는 천체도 있었다. 거대한 원시 행성들은 태양 성운으로부터 가스를 뽑아내는 과정에서 규모는 훨씬 더 작지만 모양은 태양 성운과 흡사한 가스 원반을 형성했다. 태양 성운에서처럼 이 원반에 있는 입자들은 더 큰 덩어리로 뭉쳐졌다. 그리고 행성 주위의 궤도에 독립된 새로운 세계가 나타나기 시작했다. 이 세계는 거대한 행성들의 위성계가 될 것이다. 위성은 행성과 마찬가지로 원반에서 형성되기 때문에 얇은 평면에서 자신의 주인이 되는 행성 주위를 다른 위성과 같은 방향으로 원형을 그리며 돈다. 이러한 궤도 특성을 갖는 위성은 크기가 비교적 큰 경향을 보인다. 우리는 이들을 규칙 위성이라 부른다.

규칙 위성은 매우 빨리, 심지어 모행성보다 앞서 성숙해졌던 것 같다. 왜일까? 규모면에서 큰 차이가 있기 때문이다. 거대 행성을 에워싼 원반은 태양 성운보다 훨씬 더 작았으므로 궤도를 도는 시간도 더 짧았다. 이 행성들이 풍부하게 갖고 있는 얼음 투성이의 휘발성 물질은 행성들보다 훨씬 더 빨리 원시 행성 크기로 자랐다. 그러나 여러 행성의 위성이 모두 동시에 형성되지는 않았다. '눈 경계선'에 있는 목성의 원반이 가장 빨리 생겼을 것이다. 목성의 규칙 위성인 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토는 황소자리 T형 후기인 200만~300만 년이 되었을 때 자신들의 행성과 나란히 형성되었다. 이 위성들은 발견자의 이름을 따서 갈릴레이 위성으로 알려졌다.

 

다음에는 토성의 대형 위성 7~8개가 형성되었고, 이어서 천왕성의 대형 위성 5개가 만들어졌으며, 마지막으로 갈릴레이 위성이 출현한 지 수백만 년이 지난 뒤 먼 해왕성의 위성이 형성되는 것으로 마무리되었다. 그러나 오늘날 해왕성은 규칙 위성계를 갖고 있지 않다. 나중에 알게 되겠지만 해왕성이 중력으로 트리톤이라는 방랑자 원시 행성을 포획했을 때 원래의 위성들이 파괴되었을 가능성이 있다. 이 작은 행성은 해왕성 주위의 궤도를 거꾸로 돌아 이미 존재하는 해왕성의 위성과 충돌했거나 그들을 중력적으로 밀어냈다. 트리톤은 오늘날 해왕성의 유일한 대형 위성으로, 행성 주위의 원반에서 엉겨붙은 것이 아니라 불규칙 위성이다. 마침내 거대 행성과 규칙 위성, 소행성, 혜성 들이 제자리에 생성되면서 태양계의 바깥 지역들은 조용해졌다. 1000만 년이 지났다. 그러나 태양에 더 가까

 

 

 

1000만~1억 년

지구형 행성

지구형 행성들은 뒤늦게 나타난 지각생들이다. 태양 근처에서는 얼음이 응결할 수 없기 때문에 이들 행성에 엉겨붙는 물질들(암석과 금속)은 훨씬 더 바깥쪽에서 거대 행성들을 형성한 물질보다 아주 적었다. 따라서 가스 행성은 100만 년 내외의 짧은 기간에 만들어졌고 거대한 얼음 행성은 1000만 년 정도 걸렸던 반면, 지구형 행성의 경우에는 형성 과정이 훨씬 더 길었다.

태양으로부터 수천문단위 이내에 있는 지구형 행성의 경우, 초기 성장만큼은 매우 빨랐다. 최초의 암석 미행성이 나타나자 일단 근처에 있는 더 작은 부스러기들을 중력으로 끌어당기기 시작했다. 이 최초의 미행성들은 10만 년도 되지 않아 수백 혹은 수천 킬로미터의 크기로 자라났다. 약 100만 년 뒤 태양 성운의 가장 안쪽 지역에는 수성 크기의 암석과 금속성의 원시 행성 몇 개가 나타났다. 그리고 1000만 년 무렵에는 이들 원시 행성들이 중력으로 모여서 단 네개만 남게 되었다. 그리고 마침내 태양에서부터 수성, 금성, 지구, 화성 순서로 원시 지구형 행성들이 되었다. 그러나 태양계 바깥쪽에서 네 개의 거대 행성과 그 위성들이 나타난 뒤에도 지구형 행성은 최종 질량의 절반 정도밖에 자라지 못했다. 왜냐하면 이제는 원반에서 가져올 수 있는 부스러기들이 훨씬 더 적었기 때문이다. 더욱이 지구형 원시 행성의 크기에 비해 미행성체의 유착은 별다른 중요성을 가질 수 없었다. 따라서 지구형 행성들의 성장은 매우 느렸다.

 

해왕성과 천왕성이 원시 행성 원반의 차가운 먼 끄트머리에서 형성된 지 수천만 년 뒤, 심지어 태양이 주계열에 들어선 후에도, 지구형 행성은 점점 더 느리게 하지만 계속해서 자랐다. 지구형 행성들이 주변의 부스러기들을 쓸어 모아 두 배의 질량을 획득하고 현재의 크기로 성장하기까지 아마 총 1억 년이 걸렸을 것이다. 그러나 이 행성들은 태양 성운으로부터 가스를 빼앗아 독자적인 원반을 만들 수 있을 정도로 크게 자라지 못했기 때문에, 지구형 행성들 어느 하나도 규칙 위성을 갖고 있지 않다. (나중에 화성은 두 개의 미행성을 포획했으며, 지구의 달은 특별한 경우다.) 지구와 금성은 대체로 동일한 질량이 되었으며, 화성은 그 정도에 해당하는 질량에 머물게 되었다. 우리는 나중에 그 이유를 알게 될 것이다. 또한 수성이 지금보다 더 큰 질량을 가졌을 수도 있으나, 또 다른 원시 행성과 충돌로 외곽부의 물질을 대부분 잃어버렸을 수 있다는 사실도 알게 될 것이다.