목성은 태양계의 다섯 번째 행성이자 가장 큰 행성입니다. 태양 질량의 1,000분의 1배에 달하는 거대행성으로, 태양계에 있는 다른 모든 행성들을 합한 질량의 약 2.5배에 이릅니다. 목성은 토성과 마찬가지로 거대 기체 행성입니다(천왕성과 해왕성은 거대얼음행성). 목성은 고대 천문학자들에게도 잘 알려져 있었는데, 로마인들은 목성에 로마 신화의 신인 유피테르의 이름을 붙였습니다. 동양에서 목성의 명칭은 오행 중 하나인 나무(木)에서 유래되었습니다. 신화에서는 세성이라고도 불렀습니다. 목성은 지구에서 봤을 때 겉보기등급이 -2.94에 이르기 때문에, 반사광이 그림자를 형성하기에 충분할 정도로 밝습니다. 그래서 목성은 밤하늘에서 평균적으로 달과 금성 다음, 즉 세 번째로 가장 밝은 천체에 해당합니다.
목성은 주로 수소로 이루어져 있습니다. 헬륨은 목성을 이루는 전체 분자 개수의 십분의 일 정도만을 차지하지만 목성의 질량의 사분의 일을 차지합니다. 그리고 목성은 중원소로 이루어진 암석형 핵을 가지고 있으며, 다른 거대행성들과 같이 뚜렷한 고체 표면이 없습니다. 빠른 자전으로 인해서 행성의 모양은 편구(적도의 팽대부가 약간 눈에 띄는) 모양입니다. 외곽 대기는 위도에 따라 몇 가지의 띠들로 눈에 띄게 구분되는데, 서로 상호작용하는 경계선을 따라 발생하는 난류와 폭풍에 의한 것입니다. 그로 인해 발생한 유명한 결과물로는 대적점이 있는데, 대적점은 적어도 망원경을 통해 최초로 관측된 17세기부터 존재한 거대한 폭풍입니다. 목성의 주변은 희미한 고리계와 강력한 자기권이 있습니다. 목성은 1610년에 갈릴레오 갈릴레이가 발견한 가장 큰 네 개의 갈릴레이 위성을 포함하여 적어도 79개의 위성을 가지고 있습니다. 이들 중 가장 큰 가니메데의 직경은 행성인 수성의 직경보다도 큽니다.
목성은 여러 시기에 무인 탐사선을 통해 탐사되어 왔습니다. 그 중 플라이바이 임무 기간 동안의 초기의 파이오니어 및 보이저와 이후의 갈릴레오 궤도 탐사선이 가장 유명합니다. 2007년 2월 말에 뉴호라이즌스가 목성의 중력을 이용하여 가속하고 궤적을 명왕성으로 변경하였습니다. 목성을 가장 최근에 탐사한 탐사선은 2016년 7월 4일에 목성에 도달한 주노입니다. 차후의 목성계 탐사 대상은 유로파의 표면 아래에 있을 액체 바다일 것입니다.
형성 및 궤도전이
지구와 그 주변의 행성들은 목성과 충돌로 인해 파괴된 태양 근처의 슈퍼지구들의 잔재로부터 형성되었습니다. 과학자들이 대전이 가설이라고 부르는 가설에 따르면 목성이 태양계 안쪽으로 침투하면서 중력에 의한 잡아당김과 끌기로 인해 슈퍼지구들의 궤도가 겹쳐지기 시작하면서 이들 사이에서 여러 충돌이 발생하였습니다.
천문학자들은 여러개의 행성으로 이루어진 약 500개의 행성계를 발견하였으며, 이러한 계들은 주로 지구보다 수 배 이상 큰 질량의 행성(슈퍼지구)을 하나 이상 포함하며, 수성보다 더 가까운 거리에서 모성의 주변을 공전하고 있습니다. 목성과 같은 거대기체행성 또한 종종 모성과 가까이서 발견됩니다.
목성이 태양계 안쪽에서 튕겨져 나오면서 지구를 포함한 내행성들이 형성될 수 있었습니다.
구조
목성은 주로 기체 및 액체 물질로 이루어져 있습니다. 목성의 직경은 적도에서 142,984 km입니다. 밀도는 1.326 g/cm3으로, 태양계의 거대행성 중에서 두 번째로 크지만 지구형 행성의 밀도보다는 낮습니다.
조성
목성의 상층부 대기는 약 88 ~ 92%의 수소와 8 ~ 12%의 헬륨으로 이루어져 있습니다. 참고로 이는 개수밀도 조성비인데, 헬륨 원자가 수소 원자보다 네 배나 무겁기 때문에 질량비로 조성을 기술할 때 다른 원자에 의해서 조성이 바뀌기 때문입니다. 질량에 따른 목성의 대기는 약 75%의 수소와 24%의 헬륨으로 구성되어 있으며, 나머지 일 퍼센트만이 다른 원소들로 이루어져 있습니다. 목성의 내부는 미려한 물질들로 이루어져 있는데, 그 질량의 대략 71%가 수소, 24%가 헬륨, 5%가 다른 원소들로 이루어져 있습니다. 목성의 대기는 미량의 메테인, 수증기, 암모니아, 규소화합물을 포함하며, 또한 미량의 탄소, 에테인, 황화수소, 네온, 산소, 포스핀, 황 등으로 이루어져 있기도 합니다. 대기의 최외곽층은 얼음 암모니아 결정을 포함합니다. 적외선 및 자외선 분석을 통해서는 미량의 벤젠과 탄화수소들이 발견되기도 합니다.
대기의 수소 및 헬륨의 비율은 원시태양 성운의 이론적인 조성과 가깝습니다. 상층부 대기의 네온은 질량비로 단 20 ppm을 차지하는데, 이는 태양의 십분의 일 정도입니다. 헬륨 또한 태양의 헬륨 조성의 약 80% 정도로 감소하였는데, 이러한 감소는 행성 내부로 원소들이 침전된 결과입니다.
분광학에 따르면 토성은 목성의 조성과 유사할 것으로 여겨지지만, 천왕성과 해왕성은 수소와 헬륨이 상대적으로 훨씬 적습니다.
질량 및 크기
목성의 직경은 지구(×10.9733)보다 크고 태양(×0.10045)보다는 작은 크기의 정도 중 하나입니다. 대적점은 지구와 크기가 거의 같습니다.
목성의 질량은 태양계의 다른 모든 행성을 합한 질량의 2.5 배로, 태양과 목성의 무게중심이 태양의 중심으로부터 1.068 태양 반지름, 즉 태양의 표면 위에 자리 잡게 만들 만큼 매우 무겁습니다. 목성은 크기가 지구보다 훨씬 크지만 밀도는 상당히 낮습니다. 목성의 부피는 지구의 약 1,321 배이지만 질량은 지구보다 단 318 배 밖에 크지 않기 때문입니다. 목성의 반지름은 태양의 반지름의 약 1/10 배이며, 그 질량은 태양의 질량의 0.001 배입니다. 따라서 두 천체의 밀도는 비슷합니다. 목성의 질량은 다른 천체, 특히 외계행성과 갈색왜성의 질량을 기술할 때 종종 사용됩니다. 예를 들면 외계행성 HD 209458b의 질량은 0.69 MJ이며, 안드로메다자리 카파 b의 질량은 12.8 MJ입니다.
여러 이론 모형들은 목성이 현재보다 훨씬 더 무거웠다면 그 크기가 줄어들었을 것임을 시사합니다. 질량의 작은 변화에 대해서 반지름은 눈에 띄게 변화하지 않지만, 약 500 M(1.6 목성질량) 이상에서는 압력의 증가에 따라 내부가 매우 크게 압축되면서 질량의 크기는 증가한데 비해 행성의 부피는 감소하게 됩니다. 결과적으로, 목성은 지난 역사와 조성을 통해 그만한 질량을 가졌기 때문에 직경이 큰 것으로 여겨집니다. 만약 질량을 끌어모으면서 수축하는 과정이 계속해서 진행된다면, 핵융합이 발생하여 약 50 목성질량에서 고질량 갈색왜성이 됩니다.
목성이 수소 핵융합을 하여 별이 되기 위해서는 75 배나 더 무거워야 하지만, 가장 작은 적색왜성은 목성의 반지름의 약 30 퍼센트 밖에 크지 않습니다. 이에 불구하고 목성은 태양으로부터 받는 열보다 더 많은 열을 복사하고 있습니다. 내부에 만들어진 열량은 목성이 받는 태양 복사에너지와 맞먹습니다. 이런 열은 수축을 통한 켈빈-헬름홀츠 기작에 의해 발생한 것입니다. 이 과정으로 목성은 연간 약 2 센티미터씩 수축합니다. 처음 형성되었을 때 목성은 더 뜨거웠고 현재 지름의 두 배정도로 컸을 것입니다.