태양계에 대해서..(4) 태양 주위의 행성(토성,천왕성)

6) 토성(Saturnus)

태양계 행성 중 여섯번째 행성이며, 목성 다음으로 두 번째로 거대한 행성이다. 지구의 9배 가까이나 되는 12만 km 정도 되는 지름에 지구의 760배나 되는 부피이지만, 질량은 지구의 95배 정도이며 표면의 중력은 지구와 비슷하다. 목성처럼 기체로 되어 있는 가스 행성이며, 띠가 존재한다. 목성보다는 희미하여 눈에는 잘 보이지 않으며, 적도 면에서는 더 두껍다. 토성의 고리는 매끈하지는 않고 조각난 LP판처럼 생겨있는데, 그 이유는 돌이나 얼음덩어리와 같은 것들이 중력 때문에 모여서 각기 토성의 주위를 공전하는 것으로 추정되고 있다. 갈릴레오 갈릴레이가 토성을 최초로 관측했음에도 망원경으로 관측했을 때 당시 고리가 아닌 귀라고 생각했으며, 고리가 토성의 공전 궤도면과 일치하지 않은 이유 때문이었을 것이다. 최근 관측에 따르면 고리는 그 물질들의 생성과 소멸이 활발히 이어지면서 향후 수십억년 이후에도 현재와 같은 형태를 이룰 것이라는 분석이 있었다. 다만, 이런 토성의 고리가 언제부터 있었는지는 아직 밝혀진 것은 없다. 넓은 고리 사이에는 위성들도 존재하며 위성들에는 신화 속 양치기들의 이름이 붙기도 했다. 토성은 목성에 견줄만한 많은 위성이 있으며, 2019년에 20개의 위성이 한꺼번에 관측되면서 목성의 위성 개수를 뛰어넘어 태양계에서는 최대 위성 보유 행성으로 자리매김하게 되었고, 확인된 위성의 개수는 82개이다.

토성의 대기도 목성과 유사하며 수소가 가장 많고, 헬륨, 메티인 등의 성분으로 구성되어 있다. 

목성처럼 내부의 운동이 매우 활발하며, 우유를 풀어둔 것처럼 북반구에 흰 줄무늬가 있는데 이를 대백반 이라고 한다. 지름이 수천km인데다 풍속이 시속 1,700~1,800km 나 되며 목성의 대적반보다도 5~6배 정도나 빠르고 강력한 대 폭풍이 일어난다. 남반구의 스톰 앨리 지역에서 복잡하며 큰 번개를 동반한 폭풍을 "용의 폭풍(Dragon Storm)"이라고 이름 지어졌다. 용의 폭풍은 2004년에 처음 발견되어 3개의 작은 폭풍들을 부근에 만들기도 했는데, 이내 곧 다른 폭풍에 흡수되어 버렸다. 이는 용의 대기의 하층부에 있는 에너지로부터 상층부까지 전달되는 먹이사슬과 같은 매개체 역할을 하는 것일 수도 있다는 의미도 내포하고 있다.

 

7) 천왕성(Uranus)

태양계의 행성 중 일곱 번째 행성이며, 해왕성과 매우 흡사한 형태를 띠고 있다. 1781년 천문학자 윌리엄 허셜(William Herschel)이 천왕성을 처음으로 발견했는데, 처음에는 태양에서 매우 멀리 떨어져 있는 꼬리가 발달하지 않은 혜성으로 추측했으나, 결국 이 천체는 태양을 중심으로 공전하는 행성임을 확인하게 되었고, 맨눈으로 발견된 것이 아닌 망원경 발명 이후 기술 망원경으로 발견된 최초의 행성이기도 하다. 맨눈으로 볼 수는 있었으나 움직임 속도가 매우 느리고, 어두워서 천왕성의 존재는 꽤 오랜 기간 동안 인류에게 알려지지 않았다. 천왕성은 토성 지름의 약 1/2보다 약간 작고, 목성 지름의 약 1/3 정도의 크기이다. 지구보다는 약 4배가량 큰 행성이며, 평소 맨눈으로 잘 관측되기 어려운 천체가 1977년 엄폐 현상(어떤 행성이 다른 별 표면을 통과하는 현상)으로 인하여 측정에 성공할 수 있게 된 것이다. 질량은 태양계 행성 중 네 번째로 질량이 크며, 지구의 약 15배 정도이다.

천왕성은 거대 얼음 행성이라고 불린다. 대기의 구성은 수소와 헬륨으로 이루어져 있으나, 휘발성 물질인 물, 암모니아, 메티인, 탄화수소 등이 많이 섞여 있다. 태양 빛의 붉은 파장을 흡수하고 푸른색의 파장들은 반사되므로 전반적인 색은 청록색을 띄게 된다. 

내부는 대기에 있는 암모니아와 메탄의 얼음이 압력으로 인하여 이온화 되어 있을 것으로 추측되고 있다. 목성보다 낮은 압력과 유사한 밀도, 낮은 온도로 인해 수소와 헬륨의 함량은 낮고, 얼음과 암석이 있을 걸로 보고 있다.

특이하다고 할 만한 특징으로는 태양계 행성 중 유일하게 자전할 때 누워서 옆으로 자전한다는 점이다. 지구도 공전축에 대해 자전축이 23.5º 기울어져 있으나, 천왕성은 97.7º 정도 기울어져 있어서 자전축이 공전 면에 붙어 있듯이 마치 공이 굴러가는 것처럼 자전하는 형태이다. 천왕성의 북극, 남극이 가리키는 방향은 타 행성의 적도가 가리키는 방향과 유사하다. 자전 축의 기울기는 적도 주변보다 극 주변에 많은 태양열을 받게 되나, 전체적으로 온도가 균일한 것이 신기한 현상인데 아직 이러한 현상에 대해 밝혀진 바는 없다.

천왕성은 여타 다른 기체 행성들처럼 자기장, 고리, 무수한 위성이 있으며, 고리는 과녁 모양과 같이 주위를 둥글게 감싸고 있고, 위성들은 시계 방향으로 천왕성을 회전하는 듯하다. 

강한 자기장을 지니며, 자기장 축은 천왕성 자전축에 비해 59º 정도 기울어져 있다.

천왕성의 위성은 여러 개가 있으나, 우리에게 알려진 위성은 5개 정도이다. 허벨에 의해 발견된 타이타니아(Titania), 오베론(Oberon), 한 세기 이후 러셀에 의해 발견된 아리엘(Ariel), 엄브리엘(Umbriel), 카이퍼에 의해 발견된 미란다(Miranda) 이다.

천왕성과 가장 가까이에 있는 미란다는 지름이 약 480km 정도 되는 가장 작은 위성이다. 큰 충돌이 있었던 듯 형태가 일그러져 있다. 다섯 위성 중 천왕성과 가장 멀리 떨어져 있는 오베론은 약 13.5일을 주기로 공전하며, 오래된 크레이터들이 많이 존재한다.