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태양계의 구성원 – Inventory of the Solar System

태양계(solar system)란 무엇일까요??

객관적으로 이 질문에 답하기 위해 먼저 우주 저 멀리서 태양계를 바라본다고 생각해보면, 당연히 가장 먼저 태양이 보일 것입니다. 태양은 태양계에서 가장 밝은 천체입니다. 태양계에서 두 번째로 밝은 천체인 목성(Jupiter)보다 4 x 108배 더 밝습니다. 게다가 태양은 태양계 전체 질량의 99.8% 이상을 차지하고 있습니다. 이런 관점에서, 태양계는 태양과 태양 주위를 도는 잔해(?)들이라고 표현할 수 있습니다. 하지만 태양만이 태양계의 전부는 아닙니다. 태양계 전체 각운동량(angular momentum)의 98% 이상이 행성들에 집중되어 있고, 태양계의 작은 천체들은 태양과 전혀 다른 특성을 가지고 있습니다. 그럼 그 천체들을 살펴보도록 합시다. 그 천체들은 대행성(giant planet;목성형 행성)과 지구형 행성(terrestrial planet), 그리고 작은 다양한 천체들로 구성되어 있습니다.

목성(Jupiter)은 행성계를 지배하다시피 합니다. 지구 질량의 318배로, 다른 행성들의 질량을 합친 값의 2배보다 큽니다. 다시말해서, 태양계는 태양과 목성과 그밖의 천체로 이루어져 있다고 볼 수 있습니다. 그 밖의 천체 중 가장 큰 것은 토성(Saturn)입니다. 토성은 지구 질량의 100배 정도인 행성입니다. 목성과 비슷하게 수소(H)나 헬륨(He)이 행성의 대부분을 이루고 있습니다. 이들 행성의 중심부에는 무거운 원소들이 지구 질량의 10배 정도 되는 핵(core)을 이루고 있다고 합니다.
다음으로 큰 행성은 해왕성(Neptune)과 천왕성(Uranus)입니다. 두 행성의 질량은 토성 질량의 1/6 정도입니다.  해왕성과 천왕성은 물(H2O), 메탄(CH4), 암모니아(NH3)의 얼음과 규산염, 금속으로 이루어진 돌로 이루어져 있고, 대기는 수소와 헬륨으로 이루어져 있습니다.
이 네 행성을 목성형 행성(giant planet; Jovian planet)이라고 하고, 특히 목성과 토성을 거대 가스 행성(gas planet)이라고 하고, 천왕성과 해왕성을 얼음 거대 행성(ice planet)이라고 합니다. 목성형 행성은 모두 강한 자기장을 형성하고 있습니다. 그리고 각각 태양과 대략 5AU(목성), 10AU(토성), 20AU(천왕성), 30AU(해왕성)씩 떨어져 있습니다.

목성형 행성들보다 태양에 가까운 곳에는 단단한 물체로 이루어진 천체들이 있습니다. 그 천체들은 지구(Earth), 금성(Venus), 화성(Mars), 수성(Mercury)들로, 지구형 행성(terrestrial planet) 이라고 합니다. 이 중에서 지구와 금성은 반지름이 약 6000km 정도 되는 큰 편에 속합니다. 이들은 각각 태양으로부터 대략 1 AU, 0.7AU 떨어져 있습니다. 화성은  태양으로부터 1.5AU 거리에 있으며, 반지름은 3500km 정도입니다. 수성은 반지름이 2500km 쯤 되고, 태양으로부터 0.4 AU 떨어져 있습니다.
네 행성 모두 대기를 가지고 있는데, 저마다 대기의 성분이나 밀도는 다릅니다. 예를들어 수성의 대기층은 매우 얇습니다. 금성은 지구형 행성 중 가장 두꺼운 대기를 가지고 있습니다. 그렇다고 해도 목성형 행성에 비하면 매우 적은 수준입니다. 지구와 수성은 자기장을 형성하고 있고, 화성은 예전에 자기장을 형성했던 흔적이 있습니다.

행성 주위를 도는 위성(satellite)들도 태양계의 구성원입니다. 위성들은 저마다의 특징들을 가지고 있습니다.

태양계

또한, 행성 외에도 카이퍼 벨트(Kuiper belt)라는 얼음과 암석으로 된 천체들이 이루고 있는 두꺼운 띠가 해왕성의 궤도 밖에 있습니다. 지금까지 발견된 천체 중 카이퍼 벨트에서 가장 큰 두 천체는 에리스(Eris)와 명왕성(Pluto) 입니다. 왜소 행성(dwarf planet)인 에리스는 태양에서부터의 거리가 38 AU~ 97 AU 사이로 들쭉날쭉합니다. 명왕성 역시 왜소 행성으로, 태양으로부터 29 AU~ 50 AU 만큼 떨어져 있습니다. 에리스와 명왕성의 반지름은 1000km 가 넘습니다. 특히 명왕성은 대기를 가지고 있다고 합니다.
카이퍼 벨트의 여러 천체들이 발견되고 있지만, 아직 이렇게 멀리 있는 천체들은 크기가 꽤 큼에도 불구하고 제대로 조사되지 않고 있습니다. 대신에, 반지름이 500km 미만인 소행성(Asteroid)들이 주로 화성과 목성의 궤도 사이에서 많이 발견됩니다.

혜성(Comet) 역시 태양계의 구성원이라고 할 수 있습니다. 혜성은 얼음이 풍부한 물체입니다. 혜성은 목성형 행성 지역에서 형성되어 오르트 구름(Oort cloud)이나 카이퍼 벨트, 혹은 산란 분포대(scattered disc)에 저장되어 있을 것이라고 합니다. 오르트 구름은 태양으로부터 1~5×104 AU 정도 되는 거리에 구형으로 분포하는 지역을 말합니다.

태양 주위를 도는 천체 중 가장 작은 것들은 행성 궤도상에서 돌면서 희미한 띠를 형성하는 작은 먼지입자들입니다. 이를 황도대 먼지구름(zodiacal cloud)이라고 합니다. 황도대 먼지구름은 그 자체를 관측할 수는 있지만 아직까지 그 구성 입자들을 하나하나 관측할 수는 없습니다.

태양계의 대부분의 영역은 아직 미지의 영역이라고 합니다. 카이퍼 벨트와 오르트 구름 사이나 태양과 수성 사이 등이 그런 영역에 속합니다. 앞으로 태양계에서 새로운 천체가 발견될 지도 모르는 일입니다. ==★

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