토성(Saturn)

토성

토성은 태양으로부터 여섯 번째에 있는 태양계 행성이며 태양계 내의 행성 중 목성에 이어 두 번째로 크며, 지름은 약 12만km로, 지구의 9.1배이며 부피는 760배에 달합니다. 이에 비해 질량은 지구의 95배밖에 안되기 때문에, 토성의 평균 밀도는 0.7g/cm3에 지나지 않고 표면 중력은 지구와 비슷합니다. 또한 토성은 목성, 천왕성, 해왕성과 함께 목성형 행성으로 분류됩니다.

 

◆ 구조

토성의 내부 구조는 목성과 비슷할 것으로 생각되는데 구체적으로 암석 물질로 이루어진 핵 위를 수소와 헬륨이 둘러싸고 있을 것으로 보입니다. 하지만, 최근에 새로운 연구에 따르면 토성의 핵은 단단한 암석이 아니라 얼음, 바위, 금속성 유체가 섞인 상태임이 밝혀졌습니다.

토성의 대기는 목성과 마찬가지로 수소와 헬륨이 대기의 거의 대부분을 이루고 있습니다. 토성은 태양과 약 14억km 떨어져 있어 대기층의 평균 온도는 목성보다 낮은 –145°C 정도입니다.

 

◆ 토성의 고리

토성은 태양계에서 가장 주목할 만한 특징 중 하나인 행성을 둘러싸고 있는 고리 시스템을 가지고 있습니다. 이 고리 시스템은 작은 먼지 알갱이에서부터 더 큰 얼음과 바위 덩어리에 이르기까지 광범위한 크기에 걸쳐 있는 수많은 개별 입자들의 복잡한 배열입니다.

토성의 고리는 주로 얼음 입자로 구성되어 있으며, 적은 양의 암석 물질이 섞여 있습니다. 고리의 정확한 구성은 지역마다 다르며, 어떤 부분은 더 많은 암석을 포함하고 다른 부분은 거의 순수한 얼음이며 폭과 간격이 다양한 여러 개의 동심원 고리로 구성되어 있습니다.

 

토성 고리의 형성 기원을 설명하는 두 가지 주요 이론이 있습니다.

• 포획 이론 : 고리가 토성의 중력에 의해 포획된 물질로부터 형성되었다는 이론으로, 이 물질은 토성에 접근할 때 조석력에 의해 분해된 위성의 잔해이거나 지나가는 소행성일 수 있습니다.
• 강착 이론 : 고리가 토성이 형성되는 동안 남은 잔해에서 비롯되었다는 이론입니다. 즉, 고리는 위성이 되지 않거나 행성의 초기 단계 동안 행성과 합쳐지지 않은 물질로부터 형성되었다는 이론입니다.

 

◆ 위성

토성은 145개의 위성을 가지고 있는데 이 위성들 대부분은 얼음 덩어리로 이루어져 있으며 일부는 암석도 군데군데 섞여 있습니다.

• 타이탄 : 타이탄은 토성에서 가장 큰 위성이며 우리 태양계에서 두 번째로 큰 위성이며 지름은 수성의 지름보다 큽니다. 타이탄은 메탄과 다른 탄화수소의 흔적과 함께 주로 질소로 구성된 밀집된 대기를 가지고 있습니다. 타이탄은 흐릿한 오렌지색의 외관을 가지고 있고, 표면은 거대한 탄화수소 호수와 강으로 표시되어 있어서 원시 지구를 닮았습니다.
• 엔셀라두스 : 엔셀라두스는 남극 근처의 갈라진 틈에서 분출되는 흥미로운 간헐천으로 유명합니다. 이 간헐천들은 수증기, 얼음 입자, 그리고 유기 분자들을 우주로 배출합니다. 과학자들은 엔셀라두스가 얼음 지각 아래에 액체 상태의 물로 이루어진 지하 바다를 가지고 있어 잠재적인 거주 가능한 환경을 연구하기 위한 목표가 된다고 믿고 있습니다.
• 미마스 : 미마스는 스타워즈 시리즈의 죽음의 별과 유사한 허셜이라고 불리는 눈에 띄는 충돌 크레이터를 가지고 있습니다. 허셜 분화구를 만든 충격은 미마스를 거의 파괴했고, 중앙 봉우리를 가진 거대한 분화구를 남겼습니다.
• 이아페투스 : 이아페투스는 한 쪽은 밝고 얼음으로 뒤덮인 표면을 가지고 있고 다른 쪽은 검고 적갈색의 표면을 가지고 있습니다. 또한 전체 둘레에 걸쳐 뚜렷한 호두와 같은 모양의 적도 능선을 보입니다.

 

◆ 토성의 육각형 구름

토성의 북극(위도 약 77도)에는 육각형으로 회전하는 구름이 존재합니다. “육각형 구름” 또는 “육각형 제트류”로 불리는 이 구름은 1980년대 보이저 호에 의해 발견된 뒤 토성의 공전주기로 인해 관찰이 불가능했다가 약 30년 뒤 카시니 호에 의해 다시 촬영되었습니다. 구름이 차지하는 영역이 지구의 두 배 크기 정도 되며, 그 안에서 제트류가 초속 100m 정도로 회전하고 있는 것으로 추측되고 있습니다.

이 육각형 구름 현상은 이후 액체를 통한 실험으로 비슷한 모양이 나타나는 현상을 재현할 수가 있다는 보고가 나왔습니다. 덴마크 공과 대학 물리학과의 토마스 욘손 등이 원통형 용기에 액체를 채우고 그 안에서 원판을 전동기로 회전시키면서 원통 위에서 이를 관찰하면 전동기의 회전수에 따라 원심력에 의해 삼각형에서 육각형까지 다각형이 나타나게 된다고 밝혔습니다. 따라서 토성의 북극 내부가 이와 비슷한 형태로 구성되어 있다는 추측이 가능합니다.

 

◆ 자전과 공전

자전 : 토성은 태양계에서 가장 빠르게 회전하는 행성 중 하나인데 약 10시간 33분 38초 만에 자전을 하며 이 상대적으로 빠른 자전으로 토성은 평평한 모양을 보여주는데, 이것은 그것이 양극에서 평평하고 적도에서 불룩하다는 것을 의미합니다. 토성의 빠른 자전은 적도 근처의 행성을 둘러싸고 있는 뚜렷한 대기 띠를 생성합니다. 망원경에서 볼 수 있는 이 띠들은 토성의 대기 가스의 차등 회전에 의해 발생합니다.

 

공전 : 토성은 대략 29.5년 주기로 태양 주위를 타원형으로 한 바퀴 공전하는데 상대적으로 높은 이심률은 토성과 태양 사이의 거리가 궤도 전반에 걸쳐 변화하도록 만듭니다. 근일점이라고 불리는 가장 가까운 지점에서 토성은 태양으로부터 약 13억 5천만km떨어져 있습니다. 원일점으로 알려진 가장 먼 지점에서, 토성은 태양으로부터 약 15억 1천만km의 거리에 도달합니다.

토성의 공전의 한 가지 주목할 만한 특징은 축 방향으로 기울어진다는 것입니다. 행성의 축은 지구와 비슷하게 궤도면에 비해 기울어져 있습니다. 토성은 약 26.7도의 축 기울기를 가지고 있는데, 이것은 태양 주위를 공전할 때 뚜렷한 계절을 발생시킵니다.