외행성계

8. 외행성계

 

 외행성계는 태양계의 바깥쪽 지대는 거대한 가스 행성과 행성급 덩치를 가진 위성이 존재하는 곳이다. 세타우루스족을 포함한 많은 단주기 혜성도 이 지역에 공전궤도를 형성하고 있다. 이들은 태양에서 매우 멀리 떨어져 있기 때문에, 물을 비롯한 암모니아, 메탄 등의 휘발성 물질이 천체에서 차지하는 비중이 지구형 행성에 비해 매우 크다. 그 이유는 낮은 온도에서 이들 휘발성 물질은 고체 상태로 존재할 수 있기 때문이다.

 

 목성형 행성은 태양계의 바깥쪽을 도는 네개의 거대한 행성으로 보통 목성형 행성, 가스 행성, 외행성이라는 이름으로 불린다. 이들의 질량은 태양을 도는 8개 행성의 99%를 차지하며, 암성 행성에 비해 무거워 지구 질량의 14~318 배 정도이다. 그러나 밀도는 낮아 암석 행성의 20% 수준이다. 목성과 토성은 대부분 수소와 헬륨으로 이루어져 있다. 이들 네 행성은 모두 고리를 갖고 있지만, 토성을 제외한 나머지는 지구에서 관측하기 어렵다.

 

 

8 - 1 목 성

 

 목성은 태양으로 부터 5.2AU에 있는 태양계의 8개 행성 중에 가장 거대하고 무거운 천체로, 그 질량은 지구의 318배나 된다. 목성은 대부분 수소와 헬륨으로 이루어져 있다. 목성은 내부열이 강력하게 발생하고 있어, 표면에 자전 방향과 평행한 줄무늬 모양의 띠와 대적반과 같은 반영구적인 대기 구조를 만든다. 목성은 많은 위성을 거느리고 있으며, 알려진 숫자만 79개이다. 그 중 가장 질량이 큰 가니메데, 카리스토, 이오, 유로파, 네 개는 내부열이나 화산 활동이 일어나는 등의 암성 행성과 비슷한 면모를 보여준다.

목성 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

 

 

8 - 2 토 성

 

 토성은 태양으로 부터 9.5AU에 위치하고, 질량, 조성 물질, 내부 구조, 자기권 등의 모든 면에서 목성보다 조금씩 작은 가스 행성이다. 토성의 가장 큰 특징은 거대한 고리를 갖고 있다는 것이다. 토성의 부피는 목성의 60% 수준이지만, 질량은 1/3 밖에 되지 않는다. 따라서 토성의 밀도는 태양계 행성 중에 가장 작다. 토성 역시 목성 다음으로 많은 위성을 갖고 있다. 그중 타이탄과 엔켈라두스, 둘은 지질학적 활동을 하고 있는 것으로 보인다. 다만 지구와는 달리 이들 천체의 화산에서는 얼음 물질이 뿜어져 나온다. 타이탄의 부피는 수성보다 크고, 태양계 위성 중에 유일하게 짙은 대기에 둘러싸여 있다.

토성 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

 

8 - 3 천 왕 성

 

 천왕성은 태양으로 부터 19.2 AU에 있고, 외행성 중에 가장 가벼운 가스 행성이다. 천왕성의 자전축은 황도면에 대해 97.9도 기울어져 있어서 태양을 마치 누운 상태로 도는 것처럼 보인다. 천왕성의 중심핵은 다른 가스 행성에 비해 훨씬 차가우며, 방출하는 열의 양도 매우 작다. 천왕성은 여러 위성을 거느리고 있는데, 티타니아, 오베론, 움브리엘, 아리엘, 미란다가 있는데 이중 미란다가 가장 큰 위성이다. 이 다섯 개의 큰 위성은 모두 단층, 능선, 절벽, 산맥, 화구, 범람의 흔적 등이 있는 지형으로 가득 차 있다. 특히 미란다의 표면은 실제라고 믿기 어려울 정도로 불연속적이다.

천왕성 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

8 - 4 해 왕 성

 

 해왕성은 태양으로부터 30AU 거리에 있고, 천왕성보다 지름은 작으나, 더 무거운 가스 행성이다. 따라서 해왕성의 밀도는 천왕성보다 조금 더 크다. 해왕성은 천왕성보다 많은 내부열을 발산하지만, 그 양은 토성이나 목성에 비해 작다. 해왕성도 역시 13개의 위성을 갖고 있다. 그중에 가장 큰 트리톤은 액체 질소의 간헐천이 표면 곳곳에 있고 지질학적으로 살아있다. 트리톤은 태양계 행성 중에 유일하게 역방향으로 모행성을 공전하는 거대 위성이다. 다수의 소행성이 해왕성과 같은 궤도를 돌고 있는데, 이들을 해왕성 트로이족이라 부른다. 그리고 이들은 해왕성과 1:1로 궤도 공명을 한다.

해왕성 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

 

8 - 5 혜 성

 

 혜성은 수 킬로미터 정도 크기의 휘발성 얼음 혼합물로 이루어진 태양계 천체이다. 혜성의 궤도는 이심률이 매우 큰데, 태양에 가까워질 때는 내행성 궤도까지 들어왔다가 멀어질 경우에는 명왕성 바깥까지 물러나는 경우가 많다. 혜성 중에는 궤도 경사각 값이 큰 개체가 많은데, 그중 공전 주기가 백 년이 안 되는 단주기 혜성의 경사각은 중간 정도이다. 혜성이 내행성 궤도에 진입하면 태양에 가까워지면서 일사량이 증가하기 때문에 얼음 상태로 존재하던 휘발성 물질이 증발하여 이온화되기 때문에 꼬리가 생긴 것처럼 보인다. 이를 "코마"라고 하는데 맨눈으로 볼 수 있고, 이는 고대부터 인류가 혜성을 묘사할 때 사용된 특징이다.

햐쿠타케 혜성 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

 단주기 혜성은 태양을 1회 도는데 200년이 걸리지 않는다. 반면 장주기 혜성은 1회 공전하는데 걸리는 시간이 수천년이 된다. 단주기 혜성은 카이퍼 대에서 태어나며, 헤일-밥 혜성과 같은 장주기 혜성은 오르트 구름에서 태어난다. 크로이츠 선그레이저스와 같은 혜성군은 하나의 덩어리였던 천체가 쪼개져서 생겨난 것으로 보인다. 공전궤도가 타원형인 일부 혜성은 태양계 바깥에서 태어나 태양계를 찾아온 경우도 있는데, 이들의 정확한 궤도를 알 수는 없다. 태양 주위를 많이 돌면서 휘발성 물질이 거의 다 증발한 늙은 혜성은 종종 소행성으로 분류하기도 한다.

 

 

8 - 6 센타우루스족

 

 센타우루스족은 궤도 장반경이 목성(5.5AU) 보다 크고 해왕성(30AU) 보다 작은 혜성과 비슷한 얼음으로 이루어진 천체이다. 지금까지 알려진 가장 거대한 센타우루스족인 10199 카리클로의 지름은 약 250Km이다. 최초로 발견된 센타우루스족 2060 키론은 혜성으로 분류되었는데, 이는 다른 혜성같이 태양에 접근하면서 코마가 커지기 때문이다.