토성은 태양으로부터 여섯 번째에 있는 태양계의 행성입니다. 토성은 태양계 내의 행성 중 목성에 이어 두 번째로 크며, 지름은 약 12만 km로, 지구의 9.1배이며 부피는 760배에 달합니다. 이에 비해 질량은 지구의 95배밖에 안되기 때문에, 토성의 평균 밀도는 0.7g/cm3에 지나지 않습니다. 그리고 토성의 표면 중력은 지구와 비슷합니다. 또한 토성은 목성, 천왕성, 해왕성과 함께 목성형 행성으로 분류됩니다.
Saturn은 로마의 신 '사투르누스(Saturnus)'에 기원한 것입니다. 영어로 토요일을 나타내는 Saturday도 여기서 나왔는데, 이는 그리스 신화에서의 제우스의 아버지인 크로노스, 바빌로니아에서는 니누르타(Ninurta)에 해당됩니다. 또한 토성은 Jewel of the Solar System(태양계의 보석)이라는 별명도 가지고 있습니다.
특징
토성의 질량은 지구의 약 95.1배이며 지름은 9배인 12만 km 가량으로서 크기와 질량에서 목성 다음으로 태양계에서 큰 행성입니다. 하지만 토성의 부피는 지구의 760배나 돼 토성의 밀도는 태양계 내의 모든 천체뿐만 아니라 물보다도 작습니다. 토성의 대기는 목성과 마찬가지로 수소와 헬륨이 주류를 이루고 약간의 메탄과 암모니아가 첨가되어 있습니다. 토성의 표면온도는 섭씨 영하 180°C를 기록하고 있습니다. 토성의 온도가 낮은 이유는 태양과 너무 멀리 떨어져 있기 때문으로 지구가 태양으로부터 받는 열량의 100분의 1밖에 받지 못합니다. 이 추위 때문에 토성에서 암모니아는 물론 메탄 등이 결빙해 고체 형태로 존재합니다. 이 때문에 토성 상공 1,000km 아래는 수증기와 암모니아 구름이 공존하고 있으며 대기의 유동 속도가 커서 적도에서는 시속 1,800km의 강풍이 사납게 휘몰아치고 있습니다. 토성은 태양에서 14억 2,672만 km 떨어져 있어 공전하는 데에 29.4571년이 걸리지만 자전속도는 매우 빨라서 목성보다 1시간 많은 10시간 33분 38초마다 한 번씩 자전합니다. 토성은 태양계 행성 가운데 매우 멀리 있는데도 토성의 고리가 있기 때문에 밝은 빛으로 빛나며 수성보다도 밝은 빛을 냅니다.
토성의 고리와 위성
토성은 목성과 모든 면에서 아주 비슷하지만 아름다운 고리로 사람들을 놀라게 합니다. 토성에 대한 연구는 1610년 갈릴레이에 의해 본격적으로 시작되었으며 그는 처음에 토성의 고리를 보고 이것을 '토성의 귀 또는 손잡이'라고 부르기도 했습니다. 그러나 훗날 그가 죽은 뒤 50년 후인 1659년 네덜란드의 천문학자인 호이겐스(Huygens)에 의해 그것이 고리라는 것이 밝혀지고 최근의 보이저가 관측할 때까지는 너무 희미해서 상세하게 알 수는 없었습니다. 토성의 신비는 태양계 탐사 우주선 보이저 1,2호에 의해 낱낱이 밝혀졌습니다. 토성에는 모두 60개의 위성이 있는 것으로 2006년 11월까지 확인되었으나, 2023년 5월에 와서 토성의 위성은 145개이며 현재까지 태양계 중 가장 위성이 많은 것으로 밝혀졌고, 앞으로 더 발견될 수도 있을 것입니다. 토성의 위성 가운데 타이탄은 발견 역사가 가장 오래됐고 다른 태양계 위성 중에서는 볼 수 없는 얼음이 지표면에 존재합니다.
토성의 위성
토성은 145개의 위성을 가지고 있습니다. 이 위성들 대부분은 얼음 덩어리로 이루어져 있으며 일부는 암석도 군데군데 섞여 있습니다. 토성의 위성은 1659년에 처음으로 발견되었으며 이 해는 호이겐스에 의해 토성의 고리가 발견된 해이기도 합니다. 이 위성은 200년 뒤 로마 신화의 새턴(토성의 신 이름)과 친인척 관계인 타이탄이라고 불렀습니다.
토성의 위성 중 하나인 타이탄은 직경은 5150km, 질량 1.35*1023kg으로, 태양계 위성 중 목성의 가니메데 다음으로 큰 위성입니다. 타이탄은 표면 중력이 작음에도 불구하고 온도가 낮아 대기를 가지고 있고, 1944년 천문학자 카이퍼는 대기에 메탄이 포함되어 있다는 것을 발견했습니다.
토성 탐사
지금까지 토성을 탐험한 우주선은 파이어니어 11호와 보이저 1호, 보이저 2호 등이 있습니다. 이 중 파이어니어 11호는 6년 동안 32억 km를 여행한 끝에 1979년 9월 1일에 처음으로 토성에 도착했습니다.
파이어니어 11호의 관측에 의하면 토성은 지구보다 1,000배나 더 강하지만 목성보다는 20배 약한 자장을 가졌으며, 토성 주위에는 2개의 새로운 띠가 있었습니다. 보이저 1호는 1980년 11월 12일에 토성을 지나가면서 새로운 띠와 위성 3개를 발견했고, 토성의 위성인 타이탄에 질소로 구성된 대기가 있음을 발견했습니다.
자기권
토성의 자기축은 자전축과 거의 일치합니다. 지구만 봐도, 나침반으로 북극과 남극을 찾을 수 없습니다. 지리적 북(남)극점과 자북(남)극점이 일치하지 않기 때문입니다. 하지만 만약 토성에 가서 지구와 같은 조건으로 나침반을 쓸 수 있다면, 토성의 북극과 남극을 작은 오차 내에서 거의 정확히 찾아낼 수 있습니다.
토성은 내부 액체 금속 수소층의 부피와 매우 빠른 자전으로 인해 자기권의 넓이가 매우 넓습니다. 목성과 토성의 질량비는 4:1이지만 자기권 넓이의 비는 격차가 훨씬 적은 4:3으로, 이는 질량당 자기 에너지는 토성이 목성보다 더 센 것입니다.
그동안 토성의 자기장은 0.22 가우스로, 목성의 1/20의 세기이며 지구보다 약간 약하다고 알려져 왔습니다. 그러나 최근에 밝혀진 내용으로 토성의 자기장은 목성 자기장의 72배나 되며, 동일한 조건이 아니더라도 적어도 목성 자기장의 42배 세기입니다. 지구 자기장은 토성 자기장 앞에서 맥도 못 추릴 정도로 토성은 아주 강한 자기장을 가졌습니다. 심지어 목성 자기장도 토성 자기장과는 비교도 안 될 정도로 약합니다. 지구의 자기장보다는 576배나 강하다고 합니다.