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목성의 위성, 태양계와의 상호작용, 생명체 존재 가능성

by blueoceanforest 2024. 6. 16.
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위성
목성은 95개의 자연위성을 가지고 있습니다. 그중 53개는 지름 10 km 미만으로, 모두 1975년 이후부터 발견된 것들입니다. 갈릴레이 위성으로 알려져 있는 가장 큰 네 위성, 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토는 지구에서 맑은 밤하늘에 쌍안경으로도 볼 수 있습니다.

 

갈릴레이 위성
태양계에서 가장 큰 위성들인 이오와 유로파, 가니메데의 공전은 라플라스 공명이라 불리는 패턴을 이룹니다. 이오가 목성을 네 번 공전할 때 유로파는 정확히 두 번, 가니메데는 한 번 공전합니다. 이러한 공명으로 세 위성은 매번 공전할 때마다 동일한 지점에서 주변으로부터 추가적인 잡아당김을 받음으로써 궤도가 타원형으로 변형되는 등 중력에 의한 영향을 받습니다. 반면에 목성의 기조력은 이들의 궤도를 원형으로 만드는 역할을 합니다.



태양계와의 상호작용
태양과 마찬가지로, 목성의 중력은 태양계가 오늘날의 형태를 갖추는데 큰 기여를 하였습니다. 태양계 행성의 대부분의 궤도는 태양의 적도면보다 목성의 궤도면에 가깝게 기울어져 있습니다(수성만이 궤도 기울기가 태양의 적도면에 더 가깝습니다). 그리고 소행성대의 커크우드 간극은 대부분 목성에 의해 발생한 것이며, 과거의 태양계 안쪽에서 일어난 후기 대폭격은 목성에 원인이 있었습니다.

목성의 중력장은 위성과 마찬가지로 수많은 소행성들을 통제하여 목성의 라그랑주점 영역으로 이주시킵니다. 이렇게 이주된 소행성들은 트로이군이라고 불리며, 일리아드에서 등장하는 것처럼 그리스와 트로이 "측"으로 나뉩니다. 이들 중 맨 처음에 발견된 것은 588 아킬레스로, 막스 볼프가 1906년에 발견하였습니다. 그 그 후 2000개 이상의 트로이 소행성이 발견되어 왔습니다. 가장 거대한 트로이 소행성은 624 헥토르입니다.

대부분의 단주기 혜성들은 목성의 궤도 장반경보다 작은 장반경을 가진 혜성족인 목성족(Jupiter family)에 속해있습니다. 목성족 혜성은 해왕성 궤도 바깥의 카이퍼대에서 형성된 것으로 여겨집니다. 목성과 가까이 접근하는 과정에서, 이들의 궤도는 섭동을 받아 공전 주기가 짧아지며 태양 및 목성과의 일정한 중력 상호작용으로 원형에 가까워집니다.


허블 우주 망원경이 촬영한 사진


충돌
목성은 태양계의 진공 청소기라고 불리는데, 그 이유는 목성이 어마어마한 중력 우물을 가지며 태양계 안쪽 근처에 위치해 있기 때문입니다. 목성은 태양계의 행성 중에서 가장 많은 혜성 충돌을 겪고 있습니다. 목성은 혜성 폭격으로부터 안쪽 태양계를 부분적으로 보호해 주었을 것이라 여겨졌으나, 최근의 컴퓨터 시뮬레이션에 따르면 목성이 중력을 통해 끌어당기는 혜성의 수와 방출해 내는 혜성의 수가 거의 같기 때문에 태양계 안쪽을 지나가는 혜성들의 수를 전체적으로 감소시키지 않는다고 합니다. 이에 관해서는 과학자들 사이에서도 논란이 많습니다. 일부는 목성이 카이퍼대에서 지구로 혜성을 끌어당긴다고 생각하는 반면, 다른 이들은 목성이 가설상의 오르트 구름으로부터 지구를 보호한다고 생각합니다. 목성은 지구보다 소행성 및 혜성 충돌을 200 배나 더 겪었습니다.

1997년에 옛 천문학 그림들을 조사해본 결과, 카시니는 1690년에 목성에서 일어난 충돌의 자국을 기록하였을 것이라고 합니다. 그러한 조사로 여덟 개의 다른 후보 관측들에 대해 충돌 가능성이 낮거나 거의 없다는 것이 밝혀지기도 했습니다. 보이저 1호는 1979년 3월에 목성에 접근하던 동안 화구를 촬영하였습니다. 1994년 7월 16일에서 22일 사이에 슈메이커-레비 9(SL9, 공식적으로 D/1993 F2로 명명) 혜성에서 나온 20개 이상의 파편이 목성의 남반구와 충돌하였습니다. 이는 두 태양계 천체의 충돌에 대한 최초의 관측이었습니다. 이러한 충돌로 목성의 대기의 조성에 관한 유용한 자료를 얻을 수 있었습니다.

2009년 7월 19일, 제이회전계 경도 216도 부근에서 충돌 자국이 발견되었습니다. 이 충돌은 목성의 대기에 오벌 BA의 크기와 비슷한 검은 점을 남겼습니다. 적외선 관측을 통해 충돌 지점에서 밝은 점이 관측되었는데, 이는 충돌로 인해 목성의 남극 주변 영역의 대기 하층부가 따뜻해졌음을 의미합니다.

2010년 6월 3일에는 이전에 관측된 것들보다는 작은 화구가 오스트레일리아의 아마추어 천문학자, 앤서니 웨슬리에 의해 발견되었는데, 후에 필리핀의 다른 아마추어 천문학자를 통해 촬영된 영상에서도 발견되었습니다. 2010년 8월 20일에는 또 다른 화구가 관측되기도 했습니다.

2012년 9월 10일에도 화구가 관측되었습니다.

2016년 3월 17일, 소행성 또는 혜성이 강타한 모습이 영상에 포착되었습니다.

 


생명체 존재 가능성
1953년에, 밀러와 유리의 실험은 방전을 통해 원시 지구의 대기에 존재했던 생명체의 구성 요소인 아미노산을 포함한 유기 화합물의 생성을 입증하였습니다. 상정된 원시 대기에는 물, 메테인, 암모니아, 수소분자가 존재하였는데, 이러한 분자들은 목성의 대기에서도 찾아볼 수 있습니다. 목성의 대기에는 강력한 수직 공기순환으로 인해, 그러한 화합물들을 아래의 영역으로 이송합니다. 그리고 대기 내부의 높은 온도로 화합물들이 파괴되면서 지구에서와 같은 생명체의 발생을 막습니다.

목성의 대기에서 물은 적은 양만 존재하고 목성의 고체 표면이 극단적인 압력을 받는 깊은 곳에 있기 때문에, 목성에 지구에서와 같은 생명체가 존재할 것이라는 생각은 신뢰성이 떨어집니다. 하지만, 아직도 암모니아 또는 물 기반 생명체가 목성의 상층부 대기에서 진화할 수 있다고 가설화되어 오긴 하였습니다. 목성의 위성 중 일부 표면 아래에 있을 바다의 존재로, 이곳에 생명체가 존재할 가능성이 더 높을 것으로 추측됩니다.

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