목성형 행성1, 목성

 

 

목성에 대해서

 

목성은 태양으로부터 다섯 번째 행성이고 태양계에서 가장 큰 행성입니다. 태양계의 다른 행성을 전부 합친 것보다 2.5배 크고, 태양의 1000분의 1 이하 질량을 가진 거대 가스 행성입니다. 목성은 달과 금성에 이어 지구 밤하늘에서 세 번째로 밝은 자연 물체로 선사시대부터 관찰되어 왔습니다. 목성의 영어 이름은 고대 로마 종교의 주요 신의 이름을 따서 지어졌습니다.

 

 

목성은 대부분이 수소로 이루어져 있습니다. 부피의 90%가 수소이고, 그다음이 헬륨으로 질량의 4분의 1과 부피의 10분의 1을 구성하고 있습니다. 목성 내부의 지속적인 수축은 행성이 태양에서 받는 열보다 더 많은 열을 만듭니다. 10시간에 1회전이라는 급속한 회전속도 때문에 행성의 형상은 타원형이며, 적도 주변에 미미하지만 눈에 띄는 융기를 가지고 있습니다. 바깥 대기는 위도대로 나뉘며, 그 경계를 따라 난류와 폭풍이 있습니다.

 

목성은 약한 행성 고리계에 둘러싸여 있으며 강력한 자기권을 가지고 있습니다. 목성은 1600년대에 갈릴레오 갈릴레이가 발견한 이오, 에우로파, 가니메데, 칼리스트의 4개의 큰 위성을 포함한 95개의 알려진 위성과 그 외 추가적인 위성들로 구성되어 있습니다. 갈릴레오 위성 중 가장 큰 가니메데는 행성 수성보다 큽니다. 그다음 크기의 행성은 칼리스토이고, 이오와 에우로파는 지구의 달 크기와 거의 같습니다. 

 

 

목성의 물리적 특성

목성은 거대한 가스 행성으로 주로 고체가 아닌 기체와 액체로 구성되어 있습니다. 태양계 최대 행성으로 지름 142,984 킬로미터이고, 지구의 1321배 부피를 가집니다.

 

목성의 구성물질

목성의 대기는 수소 약 76%, 헬륨 24%이지만 헬륨 원자는 수소 분자보다 질량이 크기 때문에, 목성의 상부 대기는 부피 기준으로 수소 약 90%, 헬륨 약 10%입니다. 대기 중에는 소량의 메탄, 수증기, 암모니아, 실리콘계 화합물도 포함되어 있습니다. 대기의 가장 바깥층에는 동결 암모니아 결정이 포함되어 있습니다. 적외선과 자외선 측정을 통해 벤젠 및 기타 탄화수소도 소량 발견되었습니다. 목성의 상층 대기 속 네온은 태양의 약 10분의 1에 정도입니다. 헬륨은 또한 태양 헬륨 조성의 약 80%까지 환원되는데, 헬륨을 풍부하게 포함한 물방울로서 원소들이 침전되기 때문입니다.

 

분광학에 기반하면 토성은 목성과 구성이 비슷하다고 생각되지만, 다른 거대 행성인 천왕성과 해왕성은 수소와 헬륨이 상대적으로 적고 산소, 탄소, 질소, 황을 포함한 다음으로 가장 일반적인 원소가 비교적 많습니다. 이 행성들은 얼음 거인으로 알려져 있는데, 구성 물질인 휘발성 화합물의 대부분이 고체이기 때문입니다.

 

목성의 내부 구조

21세기 초 이전에 대부분의 과학자들은 목성 형성에 관해 두 가지 가설을 제안했습니다. 첫째로 행성이 먼저 고체로 강착됐다면, 행성 반지름의 약 80% 정도의 액체 금속 수소로 둘러싸인 밀도가 높은 핵과 주로 분자 수소로 이루어진 외부 대기로 구성될 것입니다. 또는 행성이 기체 원시 행성 원반에서 직접 붕괴되었다면, 행성의 중심까지 훨씬 밀도가 높은 액체 대신 구성되는 핵이 부족할 것으로 예상됩니다. 목성 탐사선 주노 미션 데이터에 따르면 목성은 맨틀에 혼합하는 확산 핵을 가지고 있습니다. 혹은 목성이 형성된 지 수백 만 년 후 지구 질량 약 10개 행성의 충격에 의해 야기되었을 가능성이 있으며, 이는 원래 고체 목성 핵을 파괴했을 것입니다. 목성 핵은 행성 반지름의 30-50%를 차지하며 질량이 지구의 7-25 배에 달하는 무거운 원소를 포함하고 있는 것으로 추정되고 있습니다. 

 

금속 수소층 바깥쪽에는 수소의 투명한 대기가 있습니다. 이 깊이의 압력과 온도는 명확한 액체와 기체가 존재하지 않습니다. 그래서 수소는 초임계유체 상태인 것으로 알려져 있습니다. 구름 층에서 아래쪽으로 늘어나는 수소와 헬륨 가스는 더 깊은 층에서 액체로 되며, 아마도 액체 수소와 다른 초임계 유체의 바다와 유사할 것입니다. 행성 형성의 열은 대류를 통해서만 도망칠 수 있기 때문에 목성 내부의 온도와 압력은 안쪽으로 꾸준히 증가할 것입니다.

 

목성의 대기

목성은 항상 암모니아 결정 구름으로 뒤덮여 있습니다. 그리고 그 구름에는 황화암모늄도 포함되어 있을 수 있습니다. 구름은 대기의 대류권 계면층에 위치하며 열대 지역으로 알려진 서로 다른 위도에서 띠를 형성합니다. 이것들은 더 밝은 구역과 더 어두운 구역으로 세분화되어 있습니다. 이러한 상반된 순환 형태의 상호 작용은 폭풍과 난기류를 일으킵니다.

 

구름층은 약 50 킬로미터의 깊이로 적어도 2 개의 암모니아 구름으로 구성되어 있습니다. 상부에는 얇고 투명한 영역이 있고 하부에는 더 두꺼운 층이 있습니다. 목성 대기에서 검출된 번개 섬광에 의해 시사되는 것처럼 암모니아 구름 아래에는 얇은 물 구름이 있을지도 모릅니다. 그리고 목성의 전기적 방전은 지구의 천둥의 1000배의 위력을 가질 수 있습니다. 물 구름은 내부에서 상승하는 열에 의해 추진되는 지상 뇌우와 마찬가지로 뇌우를 발생시킬 것으로 예상됩니다. 목성 탐사선 주노는 대기 중 비교적 높은 암모니아 물 구름에서 발생하는 얕은 번개를 감지해 냈습니다. 이러한 방출물들은 얼음으로 덮인 물과 암모니아성 배출물 '머쉬볼'을 운반해 대기 중 깊숙이 낙하합니다. 목성의 상부 대기에서 약 1.4밀리 초 계속되는 밝은 섬광이 관측되고 있는데, 이것들은 '엘브스' 또는 '스프라이트'로 알려져 있으며 수소에 의해 파란색 또는 분홍색으로 보입니다.

 

목성 구름의 오렌지색과 갈색은 태양으로부터 자외선에 노출되면 색이 변하며 솟아오르는 화합물에 의해 일어납니다. 정확한 구성은 분명하게 밝혀지지 않았지만, 이 물질들은 아마도 인, 유황, 탄화수소로 구성되어 있을 것으로 생각됩니다. 발색단으로 알려진 이 형형색색의 화합물은 아래층의 따뜻한 구름과 섞입니다.