목성형 행성에 대해......^^

[가람]

제가 발표를 잘 못했죠?! 그래도 열심히 들어주셔서 고맙습니다. 저는 목성형행성에 대해 준비했었는데요. 너무 급히 하느라.... . 죄송해요! 그럼 지금부터 그 내용을 들려 드리겠습니다. 글구 그림을 어떻게 끼우는지 몰라서 그림을 삽입 못했습니다. 정말 죄송합니다. 1. 목성 (JUPITER) 목성은 태양계에서 으뜸가는 행성이다. 목성은 지름이 14만 3200km로서 지구의 약 11배에 이른다. 목성은 태양계 아홉개 행성을 모두 합쳐 놓은 질량의 3분의 2이상을 차지한다. 일부 천문학자는 만일 태양계가 쌍성계를 형성했더라면 태양의 반성은 목성이였을 것이라고 말한다. 그래서 목성의 이름도 로마 신화에 나오는 신의 제왕 쥬피저(jupiter)이다. 목성은 태양에서 7억 7830만km떨어져 있고, 표면 온도는 -150도이다. 목성이 태양으로부터의 열만으로 데워지고 있다면, 표면온도는 20도나 더 낮아질 것이다. 따라서 목성은 태양으로부터 받는 열의 2배이상의 열을 내부에서 방출하고 있는 것이다. 열원으로는 목성이 형성되었을 때 발생한 중력 에너지가 유력시되고 있다. 탐사성 파이어니어 10호,11호,보이저 1호,2호가 목성에 가까이 접근하여 촬영한 표면 사진을 보내 와 목성이 주로 수소와 약간의 헬륨으로 이루어진 거대한 가스로 되어있다는 것이 밝혀졌다. 보이저 1호는 1979년 목성표면의 약 4만 8000km상공에서 얇은 고리를 발견하였다. 지구에서 토성보다 목성이 더 가까이 있는데도 지금까지 목성의 고리를 발견하지 못한데는 목성의 고리가 토성의 고리보다 얇고 밀도도 낮으며, 또 희미한 목성의 고리가 두 개로 나뉘어 있기 때문이다. 하나는 목성 바로 주위를 거미줄처럼 감싸고 있으며 다른 하나는 목성 지표에서 약 25만km거리에 있기 때문에 잘 보이지 않았다. 바깥에 있는 고리는 두껍고 안쪽에 있는 것은 얇다. 그러나 안팎의 고리 두께 차이는 종이 한 장 두께보다 작다. 목성의 고리는 주변의 별빛이 투과할 정도로 얇다. 목성의 고리는 적외선 관측을 통해 분석한 결과 작은 암석으로 밝혀졌다. 보이저 탐사기나 허블 우주 망원경이 찍은 목성의 사진을 보면 적색이나 갈색, 흰색 등의 줄무늬가 아름답다. 이 줄무늬를 통해 목성 대기 중에서의 바람의 움직임은 적도 방향과 나란하다는 것을 알 수 있다. 줄무늬는 항상 같은 모습을 유지하는 것은 아니다. 몇 달 혹은 몇 해에 걸쳐 변화하는데 줄무늬 하나가 둘이 되기도 하며 밝은 대에서 가늘고 어두운 줄무늬가 생기기도 한다. 간혹 줄무늬 자체가 없어지는 경우도 있는데 특히 북온대 줄무늬, 남적도 줄무늬가 그러하다. 줄무늬가 생기고 없어지는 것뿐 아니라 색깔 변화도 볼만하다. 줄무늬의 경우 회색에서 적갈색으로 변하기도 하며, 중심 적도대는 일시적으로 노란색이나 황토색이 되기도 한다. 목성은 표면이 두터운 가스층으로 이루어져서 위도에 따라 서풍과 동풍이 번갈아 불고 있다. 적도부근에서는 자전의 영항을 받아 풍속이 매초 100km되는 서풍이 분다. 그러나 위도 20도 정도의 지점에서는 반대로 풍속이 매초 50m의 동풍이 분다. 위도 30도 정도가 되면 또 강한 서풍의 영역이 된다. 목성표면에서 가장 특징적인 것을 꼽으라면, 남반구에서 볼 수 있는 대적점을 들 수 있다. 대적점은 카시니가 1672년에 발견한 것으로 붉은 색을 띠어 '대적점'이라고 불렀다. 이 대적점은 시간에 따라 색깔이 변한다. 지구 지름의 3배를 넘는 이 거대한 타원형의 소용돌이는 현재까지 300년이상이나 사라지지않고 계속 관측되고 있다. (대적점의 선명한 붉은 색은 붉은 인 때문인 듯) 1000년에 1회라고 하는 슈메이커ㆍ레비 제 9혜성의 충돌로 생긴 검은 얼룩무늬는, 마치 대적점의 탄생을 보고 있는 것 같았다. 슈메이커·레비 제9혜성의 충돌 후에 방출된 대기 성분에서 황이 검출됨으로써, 목성 대기에 황이 포함되어 있다는 것이 알려지게 되었다. 목성에는 매우 강한 자기장이 존재한다. 그 세기는 표면에서는 지구의 10배 이상이나 된다. 자기장이 강한 이유는 두 가지를 들 수 있다. 하나는 목성의 내부에 대량의 액체 금속 수소가 있다는 것이고, 나머지는 목성의 자전 주기 가 약 10시간으로 매우 빠른 자전에 의해 매우 빠른 속도로 유동하기 때문 에, 대량의 전류가 목성 내부에서 발생하여 강력한 자기장의 원천이 되고 있다고 생각된다. 강한 자기장의 존재는 1950년대부터 추측되고 있었다. 그 증거는 목성에서 복사되는 매우 강한 전파이다. 목성에서는 파장이 다른 3종류의 전파가 복사되고 있다. 그 가운데 파장이 가장 긴 데카미터파(decameter wave, 기호 HF)는 목성 주위에서 복사되고 있다. 목성의 강력한 자기장에 포착된 하전입자(荷電粒子)가 자기력선을 따라 회전할 때 전파를 복사하는 것이다. 전파의 세기는 때때로 매우 커진다. 이 현상을 '버스트(burst)'라고 한다. 버스트는 위성 이오가 특정한 위치에 있을 때 일어난다. 목성의 자기권의 크기는 태양풍의 세기에 따라 변화한다. 강한 태양풍이 불어오면, 마치 밀리듯이 자기권이 수축된다. 그러나 태양풍이 멈추면 곧 자기권은 본래의 크기로 되돌아간다. 태양풍과 자기권의 작용으로 지구와 마찬가지로 목성의 극지방에서도 오로라가 발생한다. 목성에는 20개가 넘는 위성이 있는 것으로 알려졌지만 대표적인 것은 갈릴레이가 발견한 네 개의 위성 이오, 에우로파, 가니메데, 칼리스토이다. 에우로파를 제외한 갈릴레이 위성은 모두 지구의 달보다 크고, 가니메데는 수성보다도 크다. 갈릴레이 위성 가운데 가장 안쪽에 있는 이오는, 표면이 붉은 위성이다. 보이저 탐사기가 보낸 이오의표면 사진에는 크레이터가 거의 없었다. 표면은 색깔도 선명한 무늬로 덮여 있고, 무엇인가가 흘렀던 흔적을 여기저기서 볼 수 있다. 과학자들은 이오가 보통의 위성이 아니라고 확신하였다. 이 때 이오의사진의 화상처리를 하고 있던 과학자가, 우산 모양의 분연의 이오의 표면에서 분출되고 있다는 것을 발견하였다. 지구 이외의 태양계에서 활화산이 처음으로 발견되는 순간이다. 화상은 자세히 조사한 결과 모두 9개의 화산이 활동 중이고, 분연의 높이는 최대 200km이상이나 된다는 것을 알았다. 이산화황과 황으로 형성된 분연의 양은 어림잡아 연간 100억 톤이나 된다고 한다. 지구의 달과 거의 같은 크기인데, 이오에 여러 개의 활화산이 있는 것은 목성의 강한 기조력때문이라고 한다. 이오의 바로 바깥쪽을 도는 위성 에우로파의 공전주기는 정확하게 이오의 2배이다. 결국 이오는 2회 공전할 때마다 반드시 에우로파에게 끌려가게 된다. 그래서 이오의 공전궤도는 크게 일그러져 목성에 가까워지거나 멀어지거나 한다. 목서의 강한 인력으로 이오의 내무네 변형 에너지가 모이고, 마침내 그것이 열에너지가 되어 이오의 내부를 녹여 버린 것 같다. 에우로파는 이오의 바깥쪽을 도는 위성이다. 그 표면은 무수한 줄무늬로 덮여있다. 또 불가사의하게도 크레이터를 거의 볼 수 없다. 이것은 에우로파의 표면이 비교적 새롭다는 것을 뜻한다. 줄무늬의 폭은 수십km이고, 길이는 최대 수천km에 이르고 있다. 이것은 아마도 얼음 지각의 균열인 것 같다. 에우로파의 내부에는 광대한 얼음의 마그마(물)가 퍼져 있는지도 모른다. 얼음 지각의 균열로 물의 마그마가 분출되어 굳어지고, 표면이 매끄럽게 되어 있다고도 생각할 수 있다. 가니메데는 반지름 약 2600km의 크기를 가진 태양계의 최대의 위성이다. 가니메데의 표면은 밝은 부분과 어두운 부분으로 나눠져 있다. 밝은 부분에는 줄처럼 보이는 골짜기가 밀집해 있다. 어두운 부분은 크레이터로 덮여 있는데, 40억 년 전에 생긴 지형으로 생각된다. 칼리스토는 갈릴레이 위성 중에서는 가장 바깥쪽을 공전하고 있다. 다른 갈릴레이 위성과 비교해 표면의 빛이 반사율이 낮아 어둡게 보인다. 아마 그 표면은 얼음과 암석이 혼합된 물질로 이루어져 있는 것 같다. 칼리스토의 표면은 크레이터로 덮여 있고, 그 중에 특히 거대한 크레이터가 존재한다. 동심원상의 고리에 둘러싸인 이 크레이터는 '발하라'로 명명되었고, 반지름은 1500㎞에 이른다. 갈릴레이 위성의 바깥쪽에도 위성이 있다. 모두 반지름이 수십㎞의 작은 위성이다. 자세한 조사가 이루어져 있지 않기 때문에 이들 위성의 실제 모습을 알 수는 없지만, 소행성의 목성에 붙들린 것으로 추측되고 있다. 갈릴레이 위성의 안쪽에도 몇 개의 적은 위성이 있다. 그 중에서도 아마르테아는 비교적 크다. 불규칙한 형태의 이 위성의 표면 온도를 측정한 결과, 태양으로부터의 열만으로는 설명할 수 없다는 것을 알았다. 열원(熱源)은 아마르테아가 목성의 거대한 자기장 속을 통과하기 때문에 발생하는 줄 열(Jaule heat ; 전기가 도체 내에 흐를 때 전기 저항에 의해 도체 내에 생기는 열)로 생각되고 있다. 아마르테아의 표면은 붉은색을 띠고 있다. 이것은 이오에서 방출된 분연이 목성으로 끌려가는 도중에, 아마르테아 표면에 달라붙기 때문이다. 2. 토성(SAPTURN) 아름다운 고리를 가진 토성은 지구에서 맨눈으로 볼 수 있는 가장 바깥쪽의 행성이다. 토성을 망원경으로 관측한 갈릴레이는 토성의 양쪽에 귀 모양의 괴상한 물체가 붙어 있다가 밤이 깊어지면 차츰 사라지는 것을 발견했다. 그것이 바로 고리였다. 갈릴레이는 이때부터 약 3년 동안 토성의 두 개의 귀가 보이지 않을 때까지 관측을 계속했다. 그로부터 50년 뒤 네덜란드의 천문학자 호이겐스가 토성의 '양쪽의 귀'의 실체를 정확히 밝혀냈다. 1675년 이탈리아의 천문학자 카시니는 더 좋은 망원경을 이용해 토성의 고리를 자세히 관찰하여 토성의 고리가 하나가 아니라 여러 개로 이루어져 있다는 것을 알아냈다. 그는 고리의 안과 밖을 구분짓는 검은 선을 찾아냈다. 이 검은 선이 저 유명한 '카시니의 간극'이다. 우주선을 파견해 밝힌 토성의 고리 수는 1만 개가 넘은 것으로 추정하고 있다. 토성의 고리들은 레코드 판처럼 곱게 장식돼 있다. 고리의 순서는 물질에 의해 결정된다. 실제로 보이저 1호는 토성의 고리를 뚫고 통과하는데 성공했으며 토성의 고리를 통과할 때 고리의 물질들과 부딪히며 내는 소리를 지구로 보내 왔다. 과학자들은 보이저호가 토성의 고리를 꿰뚫고 지나갈 때 우주선의 부품들이 부서지지나 않을까 하고 은근히 걱정을 하기도 했지만 보이저가 토성 고리를 통과할 때 비행기가 마치 구름 속을 뚫고 지나가는 듯이 아무런 일도 없었다. 토성의 고리는 적도면에 자리잡고 있다. 고리는 토성 표면에서 7만~14만km까지 뻗쳐 있다. 그래서 토성의 고리 두께는 약 7만km에 이른다. 한 개의 작은 고리 두께는 9~50m에 불과하다. 토성의 고리 표면은 소금 알맹이만한 것에서부터 기차크기만한 얼음들이 널려 있어 얼음 조각 작품의 전시장을 방불케 한다. 고리에는 군데군데 빈틈이 열려 있다. 이것은 오래 전부터 알려져 있었고, 비교적 큰 틈에는 '카시니 간극(cassini division)'이나 '엥커 간극' 등의 이름이 붙어 있다. 이러한 틈은 토성의 위성의 작용에 의해 생긴 것이다. 이를테면 카시니 간극에 있는 입자의 공전주기는, 토성의 위성 미마스의 공전주기의 절반이다. 결국 입자가 2회 공전할 때마다 반드시 미마스에서 강한 인력을 받게 된다. 그 결과 입자가 '청소'되어 고리에 틈(간극)이 생긴다. *^^고리사이의 간극은 텅빈 공간이 아니라 상대적으로 입자의 밀도가 낮은 지역이다.^^* 토성 본체에서도 목성과 마찬가지로 적도에 나란한 줄무늬를 볼 수 있다. 이것을 통해서는 대기의 운동이 목성과 흡사하다는 것을 알았다. 그러나 토성의 적도 부근에서의 풍속은 초속500m이다. 잔잔한 것처럼 보이는 토성이지만 대기의 운동은 비교적 심한 편이다. 또 목성과는 달리 토성에서는 바람이 거의 서풍이다. 토성의 대기 중에서 볼 수 있는 불가사의한 무늬로서는 북극을 중심으로 한 거대한 육각형이 있다. 마치 불가사리처럼 보이는 이 무늬는 북위 78°부근을 북극을 둘러싸는 형태로 일주하고 있다. 북극에서는 이 무늬를 향하여 직선 모양의 6가닥의 줄이 나와 있다. 왜 이러한 무늬가 생겼는지는 완전히 수수께끼이다. 토성의 대기 중에서도 때때로 소용돌이 모양의 얼룩무늬가 생긴다. 이 점도 목성과 비슷하지만, 목성과는 달리 이 얼룩무늬는 하얗기 때문에 '대백점(大白點, great white spot)'이라 불린다. 대백점을 최초로 발견한 것은 1876년 미국의 천문학자 홀(A. Hall;1829∼1907)이다. 목성의 대적점(大赤點, great red spot)은 적어도 300년 이상 계속되고 있지만, 대백점의 수명은 비교적 짧아 수주일에서 수개월, 길어야 1년 정도이다. 대백점은 토성 대기의 하부에서 올라온 대기가 상공에서 응결되어 구름을 형성하는 현상이라고 한다. 구름의 성분은 아마 암모니아 입자일 것이다. 최근에는 1990년 9월에 토성의 북반구의 저위도 지역에서 갑자기 지름 8만km나 되는 대백점이 나타났다. 대백점이 나타난 것은 약 30년만의 일이었다. 이론적인 계산에 따르면 토성의 내부구조도 목성과 아주 비슷하며 중심에는 암석이나 얼음으로 된 코어가 있는 것으로 생각되고 있다. 그 바깥쪽에는 액체상태의 금속 수수와 헬륨으로 이루어진 영역이 있다. 또 그 바깥쪽은 두꺼운 대기로 되어 있는 것 같다. 이 대기도 깊은 곳에서는 압력이 높기 때문에 액체 상태로 되어 있다. 대기의 성분은 거의 수소와 헬륨이고, 수소가 전체의 97%를 차지하고 있다. 목성과 마찬가지로 액체 수소로 이루어진 내부 구조를 가지며, 자전 속도가 약 10시간 반이라는 빠른 속도이므로 토성에도 강력한 자기장이 있다. 목성의 자기장보다는 약하지만 지구 자기장에 비하면 20배나 되는 강한 자기장을 가지고 있다. 토성의 위성의 수는 22개를 넘으며, 이는 태양계에서 가장 많다. 토성의 위성은 타이탄을 제외하고 모두 반지름 수백km이하이고, 대부분이 얼음으로 되어 있다. 그리고 목성이 위성에 비하면 얼음의 비율도 높다. 밀도 등을 통해 추정한 바에 의하면 위성에서 90%이상의 성분이 얼음으로 되어있다. 토성의 위성 중 가장 밝은 것은 타이탄이며 최대 8.3등급까지 밝아진다. 타 이탄은 반지름이 약2000㎞로 태양계의 위성 중에서도 최대 규모이다. 보이저 탐사기가 찍은 타이탄의 사진에서는 오직 오렌지색의 스모그가 비치고 있을 뿐이었다. 표면의 모습에 대해서는 전혀 알려져 있지 않다. 내부에는 큰 암석의 코어가 있고, 그 바깥쪽은 암석과 얼음의 혼합물로 되어 있는 것으로 추정되고 있다. 타이탄은 지구의 1.5배나 짙은 대기(1.5기압)를 가진 보기 드문 위성이다. 지구 절반 크기도 되지 않은 위성에서 이렇게 농밀한 대기가 유지되는 것은, 타이탄이 매우 차가운 환경에 있기 때문이다. 타이탄의 표면 온도는 -180℃로 대단히 낮다. 이러한 환경에서는 대기를 구성하는 가수 분자의 운동이 둔해져, 타이탄의 중력으로도 가스를 잡아둘 수 있는 것이다. 타이탄의 대기의 주성분은 질소이고 메탄이 몇% 섞여 있다. 또 시안화수소 등도 발견되고 있으면, 아세틸렌이나 에틸렌 등의 유기물도 검출되고 있다. 이로부터 타이탄의 표면에는 상당히 복잡한 유기물이 존재할 가능성도 있는 것으로 보고 있다. 타이탄에서 생명이 탄생하고 있을 가능성도 있다는 사람도 있다. 아마 타이탄에는 광대한 메탄의 바다가 퍼져 있고, 농밀한 대기 중에는 메탄의 비가 쏟아지고 있을 것이다. 토성의 위성에는 아주 이상한 것이 있다. 그것은 야누스와 에피메테우스 인다. 야누스와 에피메테우스는 토성의 바로 옆을 공전하는 작은 위성으로, 모두 공전 궤도의 반지름이 약 15만㎞로서 매우 근접한 궤도를 공전하고 있다. 실제로 이들의 궤도 반지름의 차이는 50㎞밖에 되지 않는다. 더욱이 이들 위성의 공전 주기도 아주 근소한 차이밖에 나지 않기 때문에 4년에 한 번씩 접근하게 된다. 위성의 지름이 아무리 작다고 해도 100㎞이상이므로 접근시에는 충돌이 일어나고 말 것이다. 계산 결과, 이 두 위성은 접근하면 서로의 공전 궤도가 바뀐다는 것을 알게 되었다. 야누스와 에피메테우스는 모두 짜부라진 형태를 하고 있다는 점에서 원래는 하나였던 것이 충돌 등으로 둘로 갈라진 것이 아닌가 생각되고 있다. 카시니가 발견한 달들은 목성의 가장 작은 달인 에우로파보다 훨씬 작은 것들이었다. 이 가운데 이아페투스의 지름은 1440km이고 가장 작은 테티스는 1040km에 이르렀다. 이아페투스는 불가사의한 표면을 가지고 있다. 토성의 다른 달보다 10~15배 이상 밝은 이아페투스의 땅은 밝은 곳은 눈처럼 희고 어두운 쪽은 숯검댕이를 연상케 한다. 보이저 1호는 이아페투스의 두 얼굴 가운데 밝은 쪽은 얼음으로 덮여 있고 어두운 쪽은 먼지 집합소라는 사실을 밝혀냈다. 디오네는 지름이 약 1120km이며 거미줄 무늬로 수를 놓았다. 토성에서 38만 7000km위치에 자리잡고 있는데 약 2.7일을 주기로 토성을 한 바퀴 돈다. 19세기 말에는 토성의 위성 아홉 개가 세상에 알려졌다. 아홉번째 포에베는 1898년 미국 천문학자 피커링에 의해 세상에 처음 공개 됐다. 이 포에베는 토성의 달가운데 가장 멀리 떨어져 있어 토성으로부터의 평균거리가 1280만km나 된다. 포에베가 토성을 공전하는데는 549일이 걸린다. 가장 길쭉한 부위의 지름이 320km이다. 이 달의 얼굴 색깔은 짙은 갈색과 어두운 적색이 잘 조화를 이룬다. 토성의 달 가운데 미마스는 큰 분화구를 가지고 있어 주목을 끈다. 이 분화구는 미마스 면적의 4분의 1 정도를 차지해 겁을 주기도 한다. 얼음 투성이인 이곳에는 깊은 죽음의 계곡 크레바스가 발달돼 있다. 토성의 아들 엔켈라두스는 비교적 매끈한 몸매를 지니고 있다. 지름이 500km 안팎인 이 작은 달은 토성으로부터 23만 8000km떨어져 있다. 여기에는 밝고 평평한 분지가 있다. 이 분지는 얼음이 녹아 생긴 것이라고 보는 과학자들이 있다. 이 신비의 우주는 허셜이 1898년에 발견했다. 한편 하이페리온은 넓은 우주 바다에 떠 있는 한 점의 외딴섬이다. 이 하이페리온의 지름은 112km로 지구 질량의 0.0008배이다. 마치 화성의 달처럼 생긴 이 하이페리온은 약 21일마다 한 번씩 토성 궤도를 돈다. 1967년 프랑스 천문학자 돌푸스는 미마스의 궤도 안쪽에서 토성의 숨겨진 아들 야누스를 발견했다. 그 뒤 토성에 간 우주선들은 수많은 작은 달들을 찾는데 성공했다. 그 가운데는 토성에서 13만 6000km 거리에 위치해 미마스보다 토성에 더 가까이 있는 것도 있다. 보이저 2호는 토성의 많은 신비들을 보여 주기도 했지만 토성을 떠날 무렵 고리의 갈라진 틈새에 낀 작은 발광 물체를 중계해 지구촌 천문학자들에게 하나의 새로운 과제를 던져 주었다. 3. 천왕성 (URANUS) 적도반경:25,559km 질량:86×1024km 반사율:0.51 평균밀도:1.27g/cm3 겉보기등급:5.52 시직경:3.9'' 자전주기:0.72일 공전주기:84.02년 회합주기:369.6일 지구와의 거리:18.182AU 1781년 윌리엄 허셜은 자신이 만든 망원경으로 쌍둥이자리에 천왕성을 발견했다. 사실 천왕성은 1690년에 제작된 성도에 이미 표기되어 있었으나 그것이 새로운 행성이라고 생각한 사람은 없었던 것이다. 허셜도 처음 천왕성을 보았을 때는 태양에서 멀리 떨어져 있어 아직 꼬리가 발달되지 않은 혜성일 것이라고 생각했다. 그러나 일반적인 혜성의 궤도와 다르고 특이한 점이 많아 영국왕립학화에 의뢰하여 분석해 본 결과 토성의 궤도 너머에 있는 태양계의 일곱 번째 행성임을 밝혀냈다. 당시 천왕성의 발견은 굉장히 충격적이었다. 고대 이래로 지구를 포함한 여섯 개의 행성을, 태양계를 형성하는 안정적인 구조로 여겼고 새로운 행성에 대한 관심은 크지 않았기 때문이다. 천왕성의 발견으로 태양계를 보는 시야는 넓어졌으며 얼마 후 해왕성, 명왕성의 발견으로 이어지는 계기가 되었다. 청록색 천왕성은 주성분이 가스로 이루어진 목성형 행성이다. 대기 성분의 대부분은 수소이고 그밖에 헬륨과 메탄 등이 포함되어 있다. 천왕성이 청록색으로 보이는 것은 메탄 때문이다. 천왕성의 중심에는 바위나 얼음으로 이루어진 코어가 있다고 생각되며, 그 위에 가스와 얼음이 섞인 농밀한 대기가 존재하는 것 같다. 천왕성의 자전축을 보면, 그 기울기가 98˚나 된다. 즉 천왕성은 옆으로 누운 상태로 태양 주위를 돌고 있다. 더욱이 천왕성의 위성도 모두 이 자전축의 기울기에 맞추어 옆으로 누워서 적도면상을 공전하고 있다. 자전축만이 아니다. 천왕성의 자기축은 자전축에서 약 60˚나 떨어진 곳에 있고, 또한 천왕성의 중심을 지나고 있지 않다. 축은 중심에서 30%나 떨어진 곳을 지나고 있다. 아마 과거에 경험한 대충돌의 결과, 이러한 특징을 가지게 되었을 것이다. 파랗게 빛나는 이 천왕성은 토성보다 두 배가량 먼 거리에 있다. 천왕성의 영토는 지름 5만 1800km의 구형으로서 지구의 약 4배이다. 천왕성의 하루는 지구 시간으로 환산해 13시간 24분마다 지나가고 그곳의 사계는 지구 햇수로 따져 84.01년마다 한 번씩 온다. 이 때 천왕성이 태양계를 주행하는 속도는 초속 6.8km이다. 천왕성에도 지구와 마찬가지로 양극이 있다. 천왕성의 양극은 약 42년 동안은 어두운 밤이 계속되고 나머지 42년은 낮이 지속된다. 천왕성의 고리는 별빛이 차단되지 않은 틈을 타 발견되었다. 매우 엷고 얇으며 어두운 천왕성의 고리는 토성 고리 밝기의 300만분의 1정도이다. 천왕성의 고리는 가장 안쪽에서부터 바깥쪽으로 다섯 개가 있다. 고리의 두께는 불과 12km안팎이고 가장 넓은 것이 약 85km라는 것을 계산했다. 이 고리들은 천왕성에서 4만 5000~5만 2000km되는 곳에 있다. 천왕성의 고리의 대부분은 m 규모보다 작은 물질로 이루어져 있는 것 같다. 구체적인 성분은 확실하지 않지만 매우 어두운 물질로 이루어져 있다는 것을 알 수 있다. 천왕성의 위성은 모두 15개 존재한다. 그 중 5개는 비교적 크고 지구에서의 관측으로도 발견되었다. 나머지는 보이저 탐사기의 접근에 의해 처음으로 발견된 것으로, 반지름이 20~80km정도의 작은 위성이다. 위성 중에서 특별히 화제를 모은 것은 5대 위성 중 이들 가장 안쪽을 도는 미란다이다. 반지름이 겨우 250㎞ 정도의 이 작은 위성의 표면에서, 마치 무엇인가에 할퀸 상처와 같은 흠이 몇 십 가닥이나 달리는 거대한 지형과 깊이 20㎞나 되는 도랑에서 발견되었다. 이러한 지형은 과거에 미란다가 파괴된 다음 다시 집적(集積)하는 과정을 몇 번이고 되풀이한 흔적이라는 설도 있지만 아직 그 원인은 죽음의 세계처럼 생각된다. 그러나 천왕성의 위성 중 지름이 1610㎞로 가장 큰 티타니아의 표면에는 크레이터가 비교적 적고, 지질학적으로 비교적 최근에 어떠한 활동이 있었던 것으로 생각된다. 그것을 실증이나 하듯이 위성의 동서를 달리는 1500㎞의 단층 계곡이 발견되었다. 그러나 티타니아가 어떠한 역사를 밟아 왔는가, 그리고 다른 위성이 어떻게 진화해 왔는가는 보이저 탐사기의 조사에 의해서도 아직 해명되지 않았다. 4. 해왕성 (NEPTUNE) 1989년, 행성 탐사기 보이저 2호는 해왕성 가까이에 접근하여 처음으로 그 모습을 촬영하였다. 대기 중의 메탄이 적색광을 흡수하기 때문에 해왕성은 청색으로 보인다. 대기에는 목성의 대적점(大赤點)과 닮은 대암점(大暗點, great dark spot)이라는 시계반대방향의 소용돌이가 보이고, 그 상공에는 흰 구름이 떠 있다. 보이저 2호는 위성 트리톤의 불가사의한 지표도 포착하였다. 그 곳에서는 멜론 껍질과 같은 지형과, 분연(분煙)과 같은 현상이 보였다. 해왕성은 목성형 행성 중에서 태양계의 가장 바깥쪽에 있다. 현재는 태양에서 30AU(천문 단위)의 궤도에 있다. 공전 주기는 약 165년이다. 자전축의 기울기는 29°, 1989년 행성 탐사기 보이저 2호의 관측에 의하여 자전 주기가 16.11시간임을 알게 되었다. 해왕성의 적도 반지름은 2만 5000㎞미만으로 천왕성보다 약간 작다. 그러나 평균 밀도는 목성형 행성 중에서 가장 크다. 이것은 해왕성이 원시 행성계 원반의 가스가 소실되는 곳에서 형성되었기 때문에, 다른 거대 행성만큼 가스를 잡지 못한 것으로 생각된다. 보이저는 해왕성의 자기장도 측정하였다. 그 결과 자기축이 자전축에 대하여 약 50°기울고, 더욱이 그 축이 해왕성의 중심에서 남반구측으로 크게 어긋나 있다는 것을 알았다. 해왕성 대기의 주성분은 수소와 헬륨이다. 이 밖에 메탄을 비롯한 수소의 화합물로 이루어져 있다. 해왕성이 청록색으로 보이는 것은 메탄이 적색광을 잘 흡수하기 때문이다. 보이저의 관측으로 해왕성 대기의 3차원적인 구조도 포착되었다. 대기권은 고도 약 80㎞까지의 대류권과 그보다 위의 성층권으로 분류된다. 성층권에는 견운상(絹雲狀)의 구름이 있다. 해왕성 표면의 남위 22°에는 목성의 대적점이나 토성의 대백점과 같은 달걀형의 소용돌이가 있다. 이것은 약 16일을 주기로 시계 반대 방향으로 회전하고 있다. 이 소용돌이는 '대암점'이라 불린다. 대암점의 크기는 동서 방향으로 약3만㎞이고, 남북 방향으로는 약간 좁다. 대암점 위에는 흰 구름이 보이는데, 대류 운동의 상승부에서 메탄이 얼은 것이라고 한다. 대암점은 약 18.3시간으로 해왕성을 일주한다. 이것은 해왕성의 자전 주기보다 길다. 이것으로 대암점 부근의 위도에서는 초속 약 300m의 강한 서풍이 불고 있다는 것을 알 수 있다. 남위 42°에 있는 '스쿠터(scoter)'라 불리는 밝은 구름이나 남위 54°에 있는 '소암점'의 움직임에서, 대암점 남쪽에서의 풍속(風俗)은 느리다고 생각된다. 해왕성이 태양에서 받는 단위 면적당 에너지는 토성의 10분의 1이다. 따라서 해왕성 대기의 활발한 활동은 행성 내부의 열원에 의한 것으로 생각된다. 보이저에 의해 해왕성의 6개의 새로운 위성이 발견되었다. 따라서 해왕성의 위성은 트리톤, 네레이드와 함께 8개가 알려졌다. 새로 발견된 위성의 지름은 50㎞에서 400㎞ 사이이다. 트리톤과 네레이드의 궤도면의 기울기는 해왕성의 적도면에서 각각 157°, 29°이다. 이에 비해 새로운 위성의 궤도면의 기울기는 5°이내이다. 해왕성의 중심에서 적도 반지름의 1.5∼2.5배의 거리에, 4개의 고리가 나타났다. 새로 발견된 위성 중 4개는 가장 바깥쪽의 고리보다 안쪽에 있어서 고리 입자와 같은 기원인지도 모른다. 해왕성의 고리는 천왕성의 고리와 닮아서 매우 어둡다. 이것은 메탄의 얼음이 복사선의 조사(照射)를 받아 어둡게 보이기 때문이라고 한다. 최대의 위성 트리톤은 독특한 특징을 가진 천체이다. 트리톤은 해왕성에서 약 35만㎞의 원궤도를 해왕성의 자전 방향과는 반대 방향으로 공전하는 역행 위성이다. 그래서 트리톤은 어딘가 다른 곳에서 태어난 것이 해왕성의 중력에 포착되었다는 설이 있다. 네레이드도 트리톤과 마찬가지로 포획 천체일 가능성이 있다. 트리톤은 지구의 달과 마찬가지로 언제나 같은 면을 해왕성에 향하고 있다. 적도 반지름은 달 반지름의 4분의 3이다. 트리톤 내부의 중심에는 암석으로 이루어진 코어가 있고, 그것을 둘러싸고 물과 메탄의 얼음이 있다고 생각된다. 트리톤의 지표는 주로 질소의 얼음으로 덮이고, 그것에 메탄이나 탄화수소의 얼음이 섞여 있다. 지표 온도는 -236℃로서 매우 낮다. 트리톤에는 지표에서의 압력이 지구의 10만분의 1이라는 희박한, 두께 700∼800㎞의 대기가 있다. 위성 중에서 대기가 발견된 것은 트리톤과 토성의 위성 타이탄뿐이다. 트리톤 대기의 주성분은 질소인데 미량의 메탄이 포함되어 있다. 트리톤의 지표에는 크레이터가 적고, 고도차도 200∼300m 이하이다. 다른 위성이나 지구형 행성의 경관과는 다르다. 남극관(南極冠)은 핑크색이 우세하게 보인다. 이것은 질소의 얼음 속에 약간 포함된 메탄의 얼음이 복사선에 의해 변색하였기 때문이라 생각된다. 남극관의 북쪽에는 멜론 껍질과 닮은 모양의 지형과, 지름 200㎞가 넘는 칼데라호와 같은 지형이 보인다. 호를 둘러싸는 단애는 높이가 수 ㎞나 되고, 물의 얼음으로 이루어져 있는 것으로 생각된다. 더욱이 보이저의 화상에서는 트리톤 표면에서 올라오는 '분연'과 같은 현상이 포착되었다. 지하의 질소가 어떤 원인으로 데워져서, 지표 부근의 검은 빛을 띤 탄화수소물이나 질소의 얼음 조각을 분출한 것으로 생각된다. 그리스 신화에 등장한 바다의 요정 '네레이드'는 이심률이 0.75로서 태양계에서 이심률이 가장 크다. 네레이드가 해왕성에 가장 가까이 접근할 때의 거리는 138만 2400km이고 궤도의 반대쪽 끝은 968만km떨어져 있을 정도로 차이가 있다. 이 네레이드의 공전주기는 365.2일로 지구의 1년보다 45분 짧다. 네레이드는 지름이 240km이고 트리톤과는 달리 해왕성주위를 순행한다. 5. 명왕성 (PLUTO) 명왕성이 발견된 것은 지금부터 65년 전인 1930년의 일이다. 명왕성은 태양으로부터 너무 멀리 떨어져있기 때문에 지하세계 신의 이름을 따서 '플루토'라고 이름지었다. 명왕성에는 아직 행성 탐사기가 간 일이 없고, 다라서 명왕성에 관한 정보는 망원경이나 위성에 의한 관측에 의존하고 있다. 태양계 행성의 공전 궤도가 대부분 원인 데 비해 명왕성의 궤도는 약간 가늘고 긴 타원이다. 타원의 형태가 원과 어느 정도 다른가를 나타내는 수치를 '이심률(離心率)'이라 하는데 이심률이 클수록 가늘고 긴 타원이 된다. 지구의 공전 궤도위 이심률이 0.02인 데 비해, 명왕성의 수치는 0.25이다. 이 수치는 수성을 능가하여 행성 중에서는 가장 크다. 따라서 명왕성이 태양에 가장 가깝게 접근할 때의 태양으로부터의 거리는 약30AU로, 해왕성보다 약 1억 ㎞ 안쪽이 된다. 한편 태양에서 가장 멀어질 때는 50AU의 거리가 된다. 명왕성의 공전 주기는 248년이다. 1979년에 명왕성은 해왕성보다 안쪽의 궤도에 들어갔고 궤도 밖으로 나오는 것은 1999년의 일이다. 그 때까지 태양에서 가장 먼 행성은 해왕성이 된다. 명왕성은 1989년에 근일점을 통과하였다. 즉 태양에 가장 가깝게 접근하여 지구에서 관측하기가 쉬워졌다. 더욱이 1980년대에는 지구에서 보아 위성 카론의 궤도가 명왕성을 가로질러 보이는 '식(食)'의 배치가 되었다. 따라서 명왕성의 크기를 비롯하여 다양한 데이터를 얻었다. 명왕성의 위성인 카론은 1978년에 발견되었다. 카론의 궤도를 측정함으로써 명왕성과 카론의 거리가 매우 가깝다는 것을 알았다. 최근의 보고에서는 그 거리가 1만 9500㎞ 전후라고 전해진다. 지구의 달이 지구 반지름의 약 60배(약 38만㎞)의 궤도를 공전하고 있는 데 비해 카론은 명왕성의 반지름의 약 17배라는 매우 가까운 곳을 공전하고 있다. 명왕성과 카론처럼 이토록 접근한 두 개의 천체 사이에는 강한 조석력이 작용한다. 따라서 카론의 궤도는 거의 원이 되고, 명왕성의 자전과 카론의 공전·자전은 동기(同期 ; synchronization)를 이룬다. 명왕성 자전축의 기울기는 122°이고, 자전 주기는 약 6.4일 이다. 식이 일어나면 명왕성과 카론 전체의 밝기는 식으로 가려진 넓이의 부분만큼 어두워진다. 따라서 빛의 강도가 시간과 함께 변하는 모습을 조사하면 명왕성과 카론의 크기를 알 수 있다. 명왕성의 적도 지름은 2300㎞, 카론의 지름은 명왕성의 약 절반인 1200㎞이다. 명왕성은 지구의 달의 약 3분의 2, 최대 소행성인 세레스의 2.5배도 되지 않는 크기이다. 또한 명왕성에 대한 카론의 크기는 위성으로서는 매우 크다. 명왕성과 카론은 행성과 위성이라기보다는 실질적으로는 연성계라 할 수 있다. 1991년에는 허블 우주 망원경으로 명왕성과 카론의 화상을 촬영하였다. 카론외에는 위성이 발견되지 않았다. 평균 밀도는 1㎥당 2130㎏이 되는데, 이들 천체가 얼음외에 암석질 물질을 상당히 포함하고 있다는것을 나타내고 있다. 명왕성의 안쪽에는 목성에서 해왕성까지 4개의 목성형 행성이 태양 주위를 공전하고 있다. 그러나 명왕성은 가스의 행성이 아니라, 지구와 마찬가지로 고체의 표면을 가지고 있다. 명왕성에는 매우 희박한 대기가 있다. 이것은 명왕성이 별을 가리는 '항성식'이라는 현상에 의해 확인되었다. 항성이 명왕성으로 가리워 질 때에, 항성의 빛이 바로 보이지 않게 되는 것이 아니라 천천히 감광하는 것이 그 증거이다. 감광의 방식에서 명왕성의 대기는 투명한 상층 대기와 상당히 불투명한 하층 대기로 분명히 갈라진다는 것을 알게 되었다. 명왕성 표면에서의 대기압은 트리톤과 마찬가지로 지구의 10만분의 1이다. 스펙트럼 관측을 통해 명왕성은 메탄의 얼음 또는 서리고, 카론은 물의 서리로 덮여 있다는 것을 알았다. 얼음 우의 메탄의 증기압은 온도에 아주 민감하다. IRAS(적외선 관측 위성)의 관측에서 결정된 명왕성의 표면 온도는 -215℃로서 메탄의 대기가 존재할 가능성이 있는 조건으로 되어 있다. 명왕성의 반사능(albedo)은 크고, 약 50%이다. 이것은 표면이 밝은 메탄의 얼음으로 덮여 있기 때문으로 생각된다. 단, 메탄의 얼음은 장시간 태양의 자외선이나 복사선에 노출되면 어두워진다. 명왕성이 태양에서 멀어지고 표면 온도가 내려가면 대기 중의 메탄이 응축하여, 명왕성의 표면은 새로운 눈으로 쌓일지도 모른다. 명왕성은 해왕성 최대 위성인 트리톤과 그 크기나 밀도, 희박한 대기를 가진다는 점이 흡사하다. 따라서 명왕성과 트리톤의 기원에 대해서는, 같은 과정을 거쳐 형성된 천체가 한쪽은 해왕성에 잡혀서 해왕성을 도는 위성이 되고, 또 한쪽은 태양을 공전하는 행성이 되었다고 한다. 카론의 기원도 아직 수수께끼이다.