태양계의 위성들
앞서 천문학자들이 태양계 밖에서 지구형 행성을 찾기 위해 많은 노력을 들이고 있다고 말씀드렸는데요,
물론 행성에 생명체가 살 확률이 많겠지만 의외의 다른 천체에서 생명체가 발견될 수도 있습니다.
그게 바로 위성인데요, 액체 상태의 물이 존재하는 위성이 있기 때문이죠.
물론 태양계 안팎의 천체들을 탐사하는 이유는 생명체만을 찾기 위한 또는 생명체가 서식가능한
환경을 가지고 있는 천체들을 찾는 이유만 있는 것은 아닐 겁니다.
콜럼버스의 신대륙 발견처럼 인간의 활동 무대가 지구밖으로 확장되어 가는 과정이라고 말할 수 있죠.
어쩌면 그때보다 더 흥미진지한 일이 아닐까 합니다.
그렇다면 우리 태양계 위성들은 어떤 모습을 하고 있을까요?
순서대로 살펴보겠습니다.
수성, 금성에는 위성이 없습니다.
그리고 우리가 살고 있는 지구의 위성, 달입니다.
달의 지름은 3,474km인데 앞으로 다른 위성들을 언급할 때 달을 기준으로 비교해보면 어느 정도 크기인지 짐작할 수 있을 겁니다.
달은 목성의 위성 ‘가니메데’ ‘칼리스토’ ‘이오’와 토성의 위성인 ‘타이탄’ 다음으로 큽니다. 그러니까 태양계에서 다섯 번째로 큰 위성이 달이죠.
달은 어떻게 생겨났을까요?
가장 인정을 받고 있는 게 거대충돌설입니다.
원시 태양계에 지구와 같은 궤도에 다른 속도로 돌고 있는 젊은 행성이 있었다고 합니다. 결국 둘은 충돌했습니다. 엄청난 충격에 지구는 옆으로 기울어져 뒤뚱거렸죠.
그리고 두 행성의 큰 충돌로 지구를 둘러쌌던 먼지와 화강암이 곧 다시 뭉쳐 아주 커다란 먼지 덩어리가 됐습니다. 이 덩어리가 달이 됐죠.
달은 지구를 안정시키는 아주 중요한 역할을 했습니다. 충돌로 흔들리던 지구를 안정시켜 줬고 자전 속도를 늦추어 줘 하루 24시간이 됐습니다.
지구에 생명이 탄생하는데 태양은 당연히 중요하지만 만약 달이 없었다면 그게 가능했을까?
그런 생각을 해봅니다. 달은 지구에게 참 소중한 존재입니다.
화성의 위성은 ‘포보스’와 ‘데이모스’ 두 개입니다.
질량이 작아서 그런지 둥근 모양을 이루지 못하고 불규칙하게 생겼습니다.
포보스의 지름은 22.2 km이고, 데이모스의 지름은 12.6 km로 달에 비해 상당히 작습니다.
두 위성 모두 1877년 발견됐으며 그리스 신화에서 전장에 아버지 아레스와 함께 나가는
쌍둥이 형제인 ‘포보스’와 ‘데이모스’의 이름을 따 지었습니다.
위성들의 이름은 대개 그리스 로마 신화에 등장하는 신이나 인물의 이름을 따서 짓는 게 관례입니다.
그렇지만 후에 영국의 작가 윌리엄 셰익스피어 작품의 등장인물 이름을 빌려 짓기도 합니다.
목성은 거대한 행성이기 때문에 당연히 위성도 많겠죠?
목성의 위성은 79개입니다. 하지만 1위는 아니죠.
우리 태양계에서는 토성이 가장 많은 위성을 거느리고 있습니다.
이 위성들 중에서 가장 큰 위성은 4개의 갈릴레이 위성인데, 1610년 갈릴레오 갈릴레이와
시몬 마리우스가 발견했습니다.
갈릴레이 위성은 ‘가니메데’ ‘이오’ ‘유로파’ ‘칼리스토’입니다.
갈릴레이 위성은 모두 자체적인 중력으로 인해 구형을 띄고 있습니다.
지름은 모두 3,100 km가 넘고, 태양계에서 가장 큰 위성인 가니메데는 직경이 5,262km로 수성보다 큽니다.
반면 이외의 위성들은 전부 지름 250 km 이하로, 대부분은 간신히 5 km를 넘을 정도로 작습니다.
목성의 위성은 크게 규칙 위성과 불규칙 위성으로 나눌 수 있는데요,
규칙 위성은 정해진 궤도를 따라 도는 위성을 말하며, 불규칙 위성은 정해진 궤도를 따라 도는 것이 아니라
불규칙 하게 도는 위성을 말합니다.
갈릴레이 위성을 포함한 8개의 위성은 규칙 위성이면서 순행합니다.
순행한다는 것은 목성의 자전 방향과 같은 방향으로 돈다는 거죠.
이 규칙 위성들은 목성 주위를 둘러싼 먼지와 가스의 원반에서 형성되었다고 보고 있습니다.
나머지 위성은 모두 불규칙 위성으로 순행 또는 역행 운동을 합니다.
역행을 한다는 것은 목성의 자전 방향과 반대로 돌고 있는 것을 말합니다.
목성과의 거리가 더 멀고 궤도 경사와 이심률이 큽니다.
이 위성들은 원래 태양 궤도를 돌고 있었으나 목성의 중력에 의해 포획되었을 것으로 추측하고 있습니다.
목성의 갈릴레이 위성 중에 하나인 유로파는 태양계에서 여섯 번째로 큰 위성으로 규산염이 풍부하고
핵이 철로 되어 있는데요, 유로파의 얼음 지표 밑에 거대한 바다가 있을 것으로 추측하고 있습니다.
가니메데와 칼리스토 역시 차표층에 바다를 품고 있을 것으로 기대하고 있습니다.
원래 태양계에서 가장 많은 위성을 보유한 행성은 목성이었으나
지난 2019년 10월에 토성에서 20개의 위성이 무더기로 발견되면서 순위가 뒤바뀌었습니다.
토성은 82개로 태양계에서 가장 많은 위성을 거느리고 있습니다.
가장 대표적인 위성은 ‘타이탄’과 ‘엔칼라두스’입니다.
태양계에서 목성의 ‘가니메데’에 이어 두 번째로 크고 토성에서 가장 큰 위성인 타이탄은 직경이 약 5,150km이며, 위성 중 유일하게 두꺼운 대기층을 가지고 있습니다.
타이탄은 크게 바위와 얼음으로 이뤄져 있으며 대기의 주성분은 질소입니다.
타이탄에 액체 상태의 탄화수소로 이뤄진 호수가 여럿 있다고 합니다. 하위헌스 호는 2004년 타이탄에 직접 착륙해서 귀중한 과학 자료와 타이탄 지표의 영상을 수집했는데요, 이에 따르면 타이탄에는 액체 상태의 메탄과 에탄이 많으며 구름이 자욱합니다. 또 타이탄에는 강, 호수, 바다, 모래 언덕이 흔하고
아마도 우리 지구처럼 날씨 변화도 있을 것이라고 합니다.
‘엔켈라두스’는 타이탄의 10분의 1 정도의 크기며 토성에서 여섯 번째로 큰 위성입니다.
엔켈라두스에는 물이 많은데, 전체가 꽁꽁 얼어 있습니다.
이 위성에는 수증기, 얼음 입자, 염, 휘발성 물질이 뒤섞인 액체를 온천처럼 분출하는 얼음 화산들이 있는데,
이런 분출구는 현재 발견된 것만 100개가 넘습니다.
2014년에 NASA의 발표에 따르면 엔켈라두스는 특이한 지질 활동이 활발하며
남극에는 거대한 대양이 지표 아래에 가려져 있다고 합니다.
태양계의 다른 행성들과 달리 자전축이 거의 누워서 공이 구르듯 공전하는
천왕성에는 27개의 위성이 있습니다.
천왕성의 위성들은 크게 내위성 13개, 주요 위성 5개, 불규칙 위성 9개로 나누어 볼 수 있습니다.
주요 위성 5개는 미란다, 아리엘, 움브리엘, 오베론, 그리고 티타니아입니다.
이 중에서도 가장 시선을 사로 잡는 위성은 이른바 ‘프랑켄슈타인 문(Frankenstein moon)’이라고도 불리는
천왕성의 위성인 ‘미란다’(Miranda)입니다. 달의 7분의 1에 불과한 작은 미란다는 주요 위성 5개 중에서
가장 안쪽 궤도를 돌고 있는데요, 아주 특이한 형상을 하고 있습니다. 마구 긁혀 있는 상처 투성이의 모습이죠.
이런 모습은 거대한 충돌의 결과 때문이라고 하는데, 워낙 상처가 많다보니
‘신이 만들다 버린 위성’이란 농담을 할 정도입니다.
다섯 중 가장 큰 티타니아는 지름이 1,578 km로 태양계에서 여덟 번째로 큰 위성입니다.
해왕성은 14개의 위성을 거느리고 있는데요,
안쪽에는 규칙 위성 7개가 돌고 있고 바깥쪽으로는 불규칙 위성이 7개 있습니다.
이 위성들 중에 가장 관심을 끄는 것은 트리톤입니다.
트리톤은 직경이 2,706km으로 해왕성이 거느린 가장 큰 위성이면서 태양계에서 7번째로 큰 위성입니다.
트리톤은 공전 궤도가 해왕성의 자전에 대해 반대 방향이며 해왕성 적도면에 대해 기울어져 있다는 점에서, 행성급 질량을 지닌 위성들 중에서도 독특한 존재입니다.
이는 트리톤이 모행성인 해왕성 근처 궤도상에서 태어난 게 아니라 나중에 해왕성의 중력에 의해 붙잡혔음을 뜻합니다.
트리톤은 어떤 면에서 지질학자들에게 심장을 두근거리게 하는 꿈의 천체라고 할 수 있는데요, 지표 성분은 대부분 질소 얼음이지만 물 얼음도 적지 않습니다.
그리고 특이하게 마마자국 같은 멜론 모양의 지형을 가지고 있는데 이것은 땅이 끊겼다가 거칠게 재결합한
흔적이라고 합니다.
트리톤의 지표는 아직 어려서 지질 활동이 활발하며 엔켈라두스와 마찬가지로 얼음 화산 활동도
일어나는 것으로 보입니다. 트리톤의 온천은 지표에 국지적으로 액체 질소 비를 내리게 하는데
질소는 이 위성 대기의 주성분이기도 합니다.
트리톤의 지하에는 물과 암모니아가 흐른다는 증거도 있습니다.
2006년 IAU(국제천문연맹)으로부터 행성의 지위를 박탈당한 명왕성에도 5개의 위성이 있습니다.
명왕성의 직경 절반 정도나 되는 ‘카론’을 비롯해서 2005년에는 ‘닉스’와 ‘히드라’가 발견되었고
2011년에는 케르베로스, 2012년에는 ‘스틱스’가 발견됐습니다.