화성(火星, Mars)
화성(火星, Mars)
  • 임성빈 교수
  • 승인 2016.04.27 10:38
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[임성빈 교수의 ‘빛의 환타지아’]

화성(火星, Mars)

- 마르스(Mars)는 로마신화에서 농업신(農業神)이자 전쟁신(戰爭神)이고 전설상으로는 로마 건국시조 로물루스의 아버지이며 그리스신화의 아레스(Ares)에 해당한다-

화성은 태양으로부터 평균 1.52AU 떨어져 있어 금성 다음으로 지구와 가까워질 수 있는 행성이다. 지름은 지구의 1/2보다 약간 큰 6,794km이고 질량은 지구의 약 10.7%이며 밀도는 71% 정도이다. 화성의 자전축은 25° 기울어져 있어 지구와 거의 비슷하며 자전주기도 지구와 거의 비슷한 24시간 37분이다. 그러나 공전주기는 약 687일로서 지구의 1.9배가 된다. 화성에도 대기가 있으나 매우 희박하여 기압은 지구의 1/100밖에 안되며 주성분은 이산화탄소가 95%이고 약간의 산소와 수분이 포함되어 있다.

화성의 표면에는 지금은 물이 없으나 과거에는 많은 물이 흘렀었다. 화성은 적도 부근의 온도가 낮에는 20℃ 정도이나 밤에는 -140℃ 이하까지 내려가기 때문에 지금은 그 물이 모두 땅속에 스며 두꺼운 동토층(凍土層, freezing land layer)을 만들어 놓았다. 이 동토층의 두께가 적도 부근에서는 1km 정도이고 극지방에서는 얼음과 이산화탄소가 얼어붙은 드라이아이스가 두께 50~100m 정도씩 층을 이루고 있는데 전체 두께는 약 4km에 달하며 크기는 60km 정도로서 하얗게 보이는 이 부분을 극관(極冠, polar cap)이라고 한다. 극관은 양극에 동시에 나타나지는 않고 교대로 만들어지는데 봄부터 녹기 시작하여 수증기와 이산화탄소를 대기 중에 방출함으로서 늦여름에는 완전히 사라지며 대기의 양을 30%정도 증가시키지만 겨울에는 다시 얼어붙기를 되풀이한다.

▲ 화성과 극관 (www.stsci.edu) ⓒ뉴스타운

화성의 내부구조는 지구와 같이 지각, 맨틀, 중심핵으로 이루어져 있으나 다른 지구형 행성들과는 달리 핵에는 철 성분이 적게 포함되어 있는 반면, 표면에는 붉은 색의 산화철이 섞인 모래와 먼지가 많아 행성 전체가 붉게 보인다. 화성의 북반구에는 태양계에서 가장 큰 화산인 올림푸스(Olympus)화산이 있는데 폭은 600~700km로서 지구에서 가장 큰 것의 5배, 높이는 26km로서 3배 정도이며 화구의 폭은 90km이고 깊이는 9km 정도이다. 화성은 2개의 소행성을 붙잡아 위성으로 거느리고 있는데 포보스(Phobos)라는 위성은 화성으로부터 약 6,000km 떨어진 궤도에서 7시간 39분 만에 화성을 한바퀴 공전하며 데이모스(Deimos)는 약 2만km 떨어진 궤도에서 30시간 20분 만에 공전을 한다.

▲ 화성과 그 위성 (solarviews.com) ⓒ뉴스타운

목성(木星, Jupiter)

- 영어의 쥬피터(Jupiter)는 로마신화의 유피테르로서 그리스신화의 제우스(Zeus)에 해당하며 태양과 달을 지배하는 광명(光明)의 신이자 바람, 비, 천둥, 폭풍우, 번개 따위를 지배하는 천상(天象)의 신이다. -

목성은 태양으로부터 평균 5.2AU 떨어져 있는 태양계에서 가장 큰 행성으로서 지름은 지구의 11배인 약 14만km이고 질량은 318배로서 태양계 전체행성의 71%를 차지하고 있으나 밀도는 지구의 1/4에도 못 미친다. 자전축은 3°밖에 기울어져 있지 않으며 자전주기는 지구보다 거의 3배나 빠른데 적도에서 9시간 50분, 극 부근에서는 9시간 55분이며(목성뿐만 아니라 목성형 행성은 모두 고체가 아니기 때문에 태양과 같이 위도에 따라 자전속도가 다름) 태양 주위를 한번 공전하는 데는 약 12년이 걸린다. 목성은 자전속도가 이와 같이 빠른데다가 단단한 물질이 아닌 액체와 기체로 되어 있어 남북으로 납작하며 구성성분은 수소가 75%이고 헬륨이 24%로서 태양과 유사하다. 다시 말해서 목성의 표면은 액체수소의 바다이고 그 위를 아주 짙은 대기가 두꺼운 구름층을 형성하여 덮고 있는데 대기의 성분은 수소가 60%, 헬륨이 36%, 네온이 3%이고 1% 미만의 메탄과 0.05% 정도의 암모니아 등으로 되어 있으며 표면의 평균온도는 -110℃이다.

▲ 목성 (www.stsci.edu) ⓒ뉴스타운

이들 구름은 더운 공기가 위로 올라오는 부분은 밝게 나타나고 차가워진 공기가 아래로 내려가는 부분은 어둡게 나타나는데 목성의 적도 부근에서는 빠른 자전속도 때문에 초속 150m의 강한 서풍이 적도와 나란히 불고 있어 이들 무늬가 적도와 나란한 밝고 어두운 띠 모양으로 나타난다. 또한 목성의 남반구에는 대적점(大赤點, great red spot)이라는 커다란 붉은 타원 모양의 무늬가 있는데 약 6일에 한 번씩 반시계방향으로 회전을 하고 있다. 이것의 크기는 지구의 2~3배 정도이며 서로 반대방향으로 움직이는 구름 표면에 나타나는 소용돌이 현상이다. 목성은 또 담배연기 입자크기의 티끌로 된 2개의 고리를 가지고 있다.

목성은 비록 스스로 빛을 내는 별은 아니지만 생성 당시 태양계와 같은 행성계와 비슷한 과정을 겪었다. 그래서 목성 가까이에는 작은 위성들이 만들어졌고 적당히 거리가 떨어진 곳에는 태양계에서의 목성형 행성들과 마찬가지로 목성의 위성들 중에서 가장 큰 것들인 갈릴레오(Galileo) 위성(갈릴레오가 스스로 제작한 망원경으로 목성의 위성들 중 처음으로 발견한 4개의 위성들임)들이 자리 잡고 있다. 그리고 그 외곽에는 다시 작은 위성들이 존재하는데 목성의 위성은 지금까지 발견된 것만 해도 무려 63개나 되지만 이들이 모두 목성과 같이 만들어 진 것들은 아니고 그들 중 대부분은 소행성이 목성의 인력에 붙잡힌 것들이다.

갈릴레오 위성들은 모두 지구의 달과 같이 공전과 자전주기가 같은 동조화운동을 하고 있다. 이들 중 목성과 가장 가까운 이오(Io)는 크기가 달과 비슷하며 평균밀도도 비슷하다. 이오의 표면에는 300개 이상의 화산 분화구가 있으며 지금도 태양계 천체 중에서 가장 활발한 화산활동이 일어나고 있다. 이오 바깥쪽에 있는 에우로파(Europa)는 달보다 약간 작고 평균밀도도 달보다 약간 작다. 에우로파의 표면은 얼음 층으로 되어있고 그 아래 물의 바다가 존재한다. 에우로파의 바깥쪽에 있는 가니메데(Ganymede)는 태양계의 위성 중에서 가장 크며 수성보다도 더 크다. 그러나 평균밀도는 물의 약 2배로서 수성의 반보다도 작으며 표면은 얼음 층으로 되어 있고 운석과의 충돌 흔적을 많이 가지고 있다. 갈릴레오 위성들 중 가장 바깥쪽에 있는 칼리스토(Callisto)는 그 크기가 가니메데보다 약간 작아 수성과 비슷하며 평균밀도는 가니메데와 비슷하다. 표면 역시 얼음 층으로 되어 있고 운석과의 충돌 흔적도 많이 가지고 있다.

토성(土星, Saturn)

- 영어의 새턴(Saturn)은 로마신화의 사투르누스(Saturnus)신으로서 그리스신화의 크로노스(Cronos)에 해당하는데 노동을 돌보고 포도를 재배하며 밭에 비료를 뿌리는 일을 돌봐주는 농사(農事)신이다. -

토성은 고리를 가진 매우 아름다운 목성형 행성으로서 태양에서 평균 9.5AU 떨어진 태양계에서 두 번째로 큰 행성이며 지름은 지구의 9.4배인 12만km이고 질량은 지구의 약 95배나 되나 밀도는 물보다도 낮은 유일한 행성으로서 물의 70%, 즉 지구의 약 1/9 밖에 안 된다. 자전축은 27° 기울어져 있으며 자전주기는 적도에서 10시간 14분, 극 부근에서는 10시간 38분이고 공전주기는 29.5년이다. 중심부에는 지름 4만 km정도의 철과 암석으로 된 핵이 있고 그 주위를 얼음 층이 둘러싸고 있으며 가장 바깥쪽에는 액체상태의 암모니아와 메탄이 두께 2만 5천km의 층을 형성하고 있다. 토성 역시 자전속도가 빨라 남북이 납작한 형태로 되어 있으며 적도에서는 목성에서보다도 훨씬 더 빠른 초속 500m 정도의 서풍이 불어 약간 흐리기는 하지만 표면에 목성과 비슷한 줄무늬를 나타낸다. 토성의 대기 역시 주성분은 수소와 헬륨이고 평균온도는 -125℃ 정도이다.

▲ 토성 (www.stsci.edu) ⓒ뉴스타운

주로 작은 암석이 섞인 얼음덩어리로 이루어져 있어 햇빛을 잘 반사하기 때문에 매우 아름답게 보이는 고리들이 마치 위성이 행성 둘레를 공전하듯이 토성의 적도 둘레를 공전하고 있으며 이들 고리의 가장 바깥쪽은 토성 적도반지름의 2배가 넘고 안쪽은 약 1.5배 정도이다. 이들은 사이사이에 빈 간극(間隙, gap/division)이 있고 공전속도도 각각 다른 11개의 고리로 되어 있는데 각 간극은 이들을 발견한 사람의 이름에 따라 카시니(Cassini) 간극, 엔케(Encke) 간극 등의 이름이 붙어있으며 고리의 두께는 매우 얇아 15km 이하로 추정된다.

▲ 토성의 테 상세도 (www.stsci.edu) ⓒ뉴스타운

토성의 위성 중 가장 큰 타이탄(Titan)은 지름이 약 5,150km나 되어 수성보다도 크고 가니메데보다는 약간 작은, 태양계에서 두 번째로 큰 위성이다. 타이탄은 또 유일하게 많은 대기를 가진 위성으로서 대기의 양은 지구의 2배이며 주로 질소로 이루어져 있고 메탄 등의 유기화합물도 풍부하게 가지고 있어 원시지구와 비슷하며 위성이라기보다는 행성에 가까운 상태이다. 토성의 위성은 타이탄을 비롯하여 지금까지 발견된 것이 모두 46개이다.

[임성빈 교수의 ‘빛의 환타지아’]

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