목성형 위성2, 토성

 

 

토성에 대해서

 

토성은 태양에서 여섯 번째 행성이며, 태양계에서 목성 다음으로 두 번째로 큰 행성입니다. 토성의 밀도는 지구 평균 밀도의 8분의 1밖에 되지 않지만 지구보다 95배 이상 크고, 평균 반지름이 지구의 약 9배 이상인 거대한 가스 행성입니다.

 

 

토성 내부는 암석으로 된 핵이 있습니다. 토성의 깊은 층은 금속 수소로 되어있고, 중간층은 액체로 된 수소와 헬륨이 있고, 마지막에는 기체로 된 외층으로 구성되어 있습니다. 토성은 상층 대기에 있는 암모니아 결정에 의해 연한 노란색으로 보입니다. 토성의 행성 자기장을 발생시키는 것은 금속 수소층에 있는 전류로 예상됩니다. 토성의 행성 자기장 강도는 목성의 약 20분의 1로 지구보다 약하지만, 크기가 크기 때문에 자기 모멘트는 580배 더 큽니다. 토성의 외기권은 일반적으로 단조롭지만 오래간다는 특징이 있습니다. 토성의 대기 풍속은 시속 1800 킬로미터까지 이르기도 합니다.

 

토성은 대부분의 얼음 입자와 적은 양의 암석 파편과 먼지로 구성된 고리를 가지고 있습니다. 적어도 146개의 위성이 토성 주위를 돌고 있는 것으로 알려져 있으며, 그중 63개는 정식으로 명명되어 있습니다. 토성에서 가장 큰 위성은 태양계에서는 두 번째로 큰 위성인 타이탄입니다. 타이탄은 행성 수성보다 질량은 작지만 크기는 크고, 태양계에서 유일하게 실질적인 대기를 가지고 있습니다.

 

 

토성의 특성

토성은 대부분 수소와 헬륨으로 구성된 거대한 가스 행성입니다. 토성은 확실한 표면은 없지만 고체 핵을 가지고 있을 가능성이 있습니다. 토성의 핵은 물보다 밀도가 높지만, 토성 자체는 태양계에서 유일하게 물보다 밀도가 낮은 행성입니다. 목성과 토성의 질량을 합하면 태양계 행성 질량의 92%를 차지합니다. 토성은 자전을 함으로써 타원형의 구체 형태를 유지합니다. 적도 지방과 극지방의 반지름은 거의 10% 차이가 납니다. 토성의 표면 중력은 지구의 표면중력보다 낮지만, 특정 위치의 물체가 그 천체에서 벗어나기 위해 필요한 최소한의 속도인 탈출 속도는 적도 부근에서 지구보다 훨씬 빠릅니다. 

 

 

토성의 내부 구조

토성은 대부분 수소와 헬륨으로 구성되어 있음에도, 수소가 토성의 밀도에서는 비이상 액체가 되기 때문에 대부분의 토성 질량은 가스 단계가 아닙니다. 토성은 핵을 향한 내부로 갈수록 온도, 압력, 밀도가 모두 끊임없이 상승하여 깊은 층에서는 수소가 금속으로 존재합니다. 

 

토성의 핵은 지구와 조성이 비슷하지만 밀도가 더 높습니다. 핵의 반지름은 토성 전체의 약 60%에 해당하는, 매우 커다란 것으로 추측됩니다. 토성의 핵은 보다 두꺼운 액체 상태의 금속 수소층이 감싸고 있고, 헬륨 포화 상태인 분자 수소의 액체층이 고도가 점차 높아짐에 따라 기체로 존재합니다. 최외층은 1000 킬로미터 위치에 걸쳐 있으며 가스로 구성되어 있습니다. 

 

표준 행성 모델은 토성 내부가 목성과 비슷하다는 것을 시사하며 수소와 헬륨으로 둘러싸인 작은 암석형 핵을 가지며 다양한 미량의 휘발 성분을 가지고 있습니다. 왜곡 분석에 따르면 토성은 목성에 비해 중심 부분이 상당히 응축되어 있으며 따라서 그 중심 부근에는 수소보다 밀도가 높은 물질이 상당히 많이 포함되어 있습니다. 토성의 중심부는 약 50%의 수소를 포함하고 있으며, 목성은 약 67%의 수소를 포함하고 있습니다.

 

토성은 내부가 뜨겁고 핵이 11,700도에 달해 태양으로부터 받은 에너지의 2.5배를 우주로 방사합니다. 목성의 열 에너지는 켈빈에 의해 생성되는 느린 중력 수축 과정인 켈빈-헬름홀츠 과정이지만, 이러한 과정만으로는 토성의 열 생산을 설명하기에는 충분하지 않습니다. 왜냐하면 이 과정으로 생기는 열은 그다지 거대하지 않기 때문입니다. 토성은 대체적이거나 추가적인 과정으로 토성 내부 깊숙이 있는 헬륨 방울의 방출을 통해 열을 발생시킵니다. 물방울이 밀도가 낮은 수소와 함께 내려가면, 이 과정에서 마찰로 인하여 열이 방출되고 토성의 외층은 헬륨이 줄어듭니다. 이러한 하강하는 물방울은 핵을 둘러싼 헬륨 껍질에 축적되어 있을 수 있습니다.

 

토성의 대기

토성의 바깥층 대기는 부피로 보면 대부분의 분자 수소와 소량의 헬륨으로 포함하고 있습니다. 항성 태양이 헬륨을 매우 풍부하게 가지고 있는 것에 비해, 토성의 헬륨 비율은 매우 부족합니다. 금속성 헬륨보다 무거운 원소의 양은 정확히 알려져 있지 않지만, 그 비율은 태양계 형성에 따른 원시적인 풍부함과 일치한다고 가정되고 있습니다. 이 무거운 원소들의 총질량은 지구의 19-31배로 추정되며 상당 부분이 토성의 중심부에 위치하고 있습니다.

 

토성 대기의 상부 구름은 암모니아 결정으로 구성되어 있고 하부 구름은 수황화암모늄 또는 물로 구성되어 있는 것처럼 보입니다. 태양으로부터의 자외선은 상층 대기에서 메탄 광분해를 일으켜 생성물이 소용돌이와 확산에 의해 아래로 운반되는 일련의 탄화수소 화학반응을 일으킵니다. 이 광화학 사이클은 토성의 연간 계절 사이클에 의해 변화합니다. 

 

구름의 조성은 깊이와 압력의 증가에 따라 변화합니다. 상부 구름층은 온도가 100-160 켈빈 범위이고 암모니아 얼음으로 이루어져 있습니다. 토성의 일반적인 단조로운 대기는 때로 목성에서 일반적으로 보이는 특징이 나타납니다. 토성의 대기는 목성과 비슷한 줄무늬가 보이지만, 토성의 줄무늬는 훨씬 얇고 적도 부근에선 훨씬 넓다는 특징이 있습니다. 또한 토성에서 내리는 다이아몬드 강우량은 토성뿐만 아니라 목성에서도 발생합니다. 

 

태양계 행성 중에서 해왕성이 바람이 가장 빠릅니다. 토성은 해왕성에 이어 두 번째로 빠릅니다. 토성의 탐사선 카시니가 보내온 이미지에서 토성의 북반구는 천왕성과 비슷한 밝은 파란색으로 보였습니다. 이러한 색상은 레일리 산란에 의해 야기되었을 가능성이 가장 높습니다. 서모그래피에 따르면 토성의 남극에는 비교적 따뜻한 극소용돌이가 있으며, 이러한 현상은 태양계에서 유일하게 토성에서만 알려졌습니다.