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위키미디어 프로젝트 기여자

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수성 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

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메신저 (우주선)가 찍은 수성의 위색(僞色)

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금성

다른 이름

샛별, 새별
태백성
장경성
명성, 계명성
개밥바라기별

모항성
태양

궤도 긴반지름(a)

108,208,926 km
0.723 331 99 AU

근일점(q)

107,476,002 km
0.718 432 70 AU

원일점(Q)

108,941,849 km
0.728 231 28 AU

공전 주기(P)

224.700 69 일
(0.615 197 년)

궤도 경사(i)

3.394 71 °
(태양 적도와는 3.86°)

위성 수

0

적도 지름

12,103.7 km
(지구의 0.949배)

표면적

4.60×10 ⁸ km ²
(지구의 0.902배)

부피

9.28×10 ¹¹ km ³
(지구의 0.857배)

평균 밀도

5.204 g/cm ³

질량

4.8685×10 ²⁴ kg
(지구의 0.815배)

표면 중력

8.87 m/s²
(0.904 g)

자전 속도

6.52 km/h (적도 기준)

최저 온도

228 K

대기압

9.3 MPa

구성 성분

이산화 탄소, 질소, 이산화 황 등

금성(金星, Venus)은 태양계의 두 번째 행성이다. 태양 주위를 224일 주기로 돌고 있는데 반해, 자전 주기는 243일로 공전주기보다 길다. 달에 이어서 밤하늘에서 두 번째로 밝은 천체이다. 가장 밝을 때의 밝기는 -4.5 등급이다. 금성의 명칭은 오행 중 하나인 '금(金)'에서 유래하였으며, 태백성(太白星)으로도 불렸다. 금성은 그 출현 시간에 따라 다른 이름으로 불렸는데 저녁 무렵에 나타나는 금성을 장경성, 개밥바라기라고 부르고 새벽 무렵에 나타나는 금성을 샛별 혹은 명성이라 불렀다. 서양에서는 로마 신화의 미를 상징하는 여신의 이름을 따라 비너스(Venus)라 부른다.

지구형 행성인 금성은 크기와 화학 조성이 지구와 매우 비슷하여 지구의 '자매 행성'으로 불리기도 한다. 금성의 표면은 반사도가 높은 불투명한 구름으로 덮여있기 때문에 가시광을 통해서 표면을 관찰할 수는 없다. 20세기에 들어와 행성과학자들이 그 비밀을 풀기 전까지 금성에 대하여서는 거의 알려진 바가 없었다. 금성은 지구형 행성 중에서 가장 농밀한 대기를 가지고 있다. 대기의 주성분은 이산화탄소이고, 표면에서의 대기압 은 95기압에 이른다. 금성에는 금속 눈, 이산화탄소 대기, 수많은 화산, 산성비가 있다.

금성의 내부 구조

금성의 내부 구조에 대한 직접적인 정보는 거의 없지만, 크기와 밀도가 지구와 유사한 것으로 보아, 금성의 내부구조 역시 지구와 마찬가지로 핵, 맨틀, 지각으로 이루어져 있으리라고 생각된다. 지구와 마찬가지로 금성의 핵 역시 최소한 일부분은 액체 상태로 남아 있을 것이다. 금성의 크기는 지구보다 약간 작지만 이 차이로 인한 내부 압력의 차이는 상당히 크리라고 생각된다. 지구와 금성의 가장 큰 차이점은 판 구조론적인 활동이 금성에서는 보이지 않는다는 점이다. 이는 금성의 표면과 맨틀이 건조하기 때문이라고 여겨진다. 이 차이로 인해서 행성 내부의 열 방출이 늦어지는데, 이것은 금성의 자기장 이 없는 사실을 그럴듯하게 설명해 준다.

약 80%에 달하는 금성의 표면은 평탄한 현무암질 평원으로 되어 있다. '대륙'이라고 불릴 만한 높은 지형이 두 군데 있는데, 하나는 금성의 북반구에 있고, 다른 하나는 적도의 바로 남쪽에 있다. 북쪽의 대륙은 이슈타르 테라라고 하는데, 이름은 고대 바빌로니아의 사랑의 여신인 이슈타르에서 따왔다. 이슈타르 테라의 면적은 오스트레일리아 정도이다. 맥스웰 산은 금성에서 가장 높은 산으로 이슈타르 테라에 있다, 정상의 높이는 금성의 평균 표면 높이보다 11 km 더 높은 곳에 위치해 있다. 반면에 지구에서 가장 높은 에베레스트 산은 해수면으로부터의 높이가 9km가 조금 되지 않는다. 남반구의 대륙은 아프로디테 테라라고 부르며, 이름은 고대 그리스의 사랑의 여신인 아프로디테로부터 따왔다. 면적은 아프로디테 테라가 조금 더 커서 남아메리카 대륙 정도의 넓이이다. 이 대륙의 대부분은 단층으로 덮여 있다.

충돌구와 마찬가지로 산과 계곡은 대체로 암석질의 표면을 가지고 있는 행성에서 발견된다. 금성에서는 몇 가지 특이한 (금성)|파라]]는 팬케이크를 닮은 꼭대기가 평평한 화산인데, 그 직경은 20에서 50km가량 되고 높이는 100m에서 1000m 정도이다. 노바는 별모양의 단층 시스템이고, 아라크노이드는 거미줄 같이 방사상의 단층과 동심원상의 단층이 함께 나타나는 지형이다. 코로나 는 고리 모양의 단층을 말하는데, 주변이 침하되기도 한다. 이들 지형들은 모두 화산과 연관되어 생긴다.

거의 모든 금성의 표면 지형은 역사상의 또는 신화에 나오는 여성의 이름을 따서 짓는다. 단 예외가 있는데 제임스 클러크 맥스웰 이름을 딴 맥스웰 산 과 두 고지를 나타내는 알파 레지오와 베타 레지오이다. 이 세 지형의 이름은 행성의 지명을 정하는 국제 천문학 연맹에서 현재의 시스템을 받아들이기 전에 지어진 것이다.

금성 표면의 대부분은 화산활동으로 인하여 생겨났다. 대체로 금성은 지구에 비하여 몇 배 정도 많은 화산을 가지고 있다. 100km가 넘는 거대 화산 167개가 금성에서 발견되었다. 지구상에서 발견되는 이만한 크기의 화산은 하와이 제도의 본섬이 유일하다. 그러나 이것은 금성의 화산활동이 지구보다 활발해서라기보다는 금성의 표면이 지구보다 오래되었기 때문이다. 지구의 표면은 끊임없이 섭입을 통하여 해구 아래로 사라지기 때문에 그 평균 연령은 1억 년에 불과하다. 하지만 금성의 표면은 적어도 5억 년 이상 되었을 것으로 생각된다. 또한 섭입되지 않는 대륙지각 위의 화산들은 활동이 끝남과 동시에 풍화에 의해서 더 빠른 속도로 지워진다.

다수의 관측자료에 따르면 금성의 표면에는 현재에도 활동 중인 화산이 있는 것 같다. 소련의 베네라 계획 동안 베네라 11호와 베네라 12호의 탐사선들은 끊임없이 치는 벼락을 관찰하였고, 베네라 12호는 착륙 직후 큰 천둥 소리를 녹음하였다. 지구에서는 천둥이 강우에 동반되지만, 금성에는 강우가 없다. 한 가지 가능성은 화산 분출시 나오는 화산재가 천둥을 일으킨다는 것이다. 또 다른 증거는 이산화황 의 대기 농도이다. 1978년과 1986년 사이에 이산화황의 금성 대기중의 농도는 10분의 1로 줄어들었다. 이것에 대한 설명은 큰 화산 활동이 관측 전에 있어서 이산화황의 농도를 증가시켰을 수 있다는 것이다.

약 1000개 정도의 충돌구가 금성에서 발견되었으며 이들의 분포는 전 행성 표면에서 고른 것으로 밝혀졌다. 지구나 달에서 발견되는 충돌구들은 풍화된 흔적을 보이는데, 이는 끊임없는 열화작용의 결과이다. 달에서의 열화작용은 이후에 오는 충돌에 의하여 일어나고, 지구의 경우에는 바람과 비에 의한 풍화 에 의하여 충돌구가 열화된다. 금성에서는 85%의 충돌구가 최초의 상태를 보존하고 있다. 충돌구의 수와 이들이 잘 보존되고 있다는 것은 이 행성은 5억 년 전에 완전히 새로 표면이 형성되었다는 것을 의미한다. 지구의 지각은 판 구조 활동에 의해 끊임없이 움직이고 있다. 반면에 금성의 표면은 이러한 과정이 일어날 수 없다. 판 구조 활동에 의해서 맨틀의 열이 방출되지 않기 때문에 금성은 맨틀의 온도가 지각이 안정하게 있을 수 없는 일정 임계 온도까지 계속 올라가고, 그렇게 되면 1억 년 정도의 시간 동안 지각이 몽땅 맨틀 안으로 섭입해 버리고 완전히 새로운 지각이 형성되는 과정이 반복되는 것으로 생각된다.

금성에 있는 충돌구의 크기는 작게는 3km부터 크게는 280km까지 분포한다. 직경이 3km보다 작은 충돌구는 존재하지 않는데, 그 이유는 두꺼운 대기 때문으로 생각된다. 운동 에너지 가 특정한 값보다 작은 물체는 속도가 느려져서 충돌구를 만들지 못한다.

금성은 극도로 두꺼운 대기를 가지고 이산화탄소가 풍부한 대기에 의해서 온실효과가 발생하며, 금성 표면의 온도를 460도까지 높여 놓는다. 금성의 표면 온도는 태양까지 거리가 절반밖에 되지 않아 단위 면적당 4배나 많은 태양에너지를 받는 수성 의 표면 온도보다 더 높다.

연구에 따르면 수십억 년 전 금성의 대기는 현재의 지구 대기의 상태에 더 가까웠다고 한다. 표면에는 상당한 양의 액체 물이 존재했으리라고 여겨진다. 하지만 물이 증발하면서 대기중으로 들어간 수증기가 온실효과를 폭주시켰다고 생각된다. 금성은 극단적인 기후 변화의 예가 되기 때문에 기후 변화 연구에 유용한 수단이 된다.

표면에서의 대기 순환은 해들리 순환을 따른다. 금성 하층 대기의 등적 비열 과 바람에 의한 열의 이동으로 보건대, 매우 천천히 자전하고 있음에도 불구하고 금성의 표면 온도는 낮과 밤의 차이가 그다지 크지 않다. 표면에서의 바람은 매우 느려서 한 시간에 수km 정도를 이동할 뿐이다. 하지만 대기의 밀도는 높기 때문에 바람에 의해 전달되는 힘은 상당하고 먼지나 작은 돌들을 표면에서 이동시킨다.

두터운 이산화탄소의 층 위에는 주로 이산화황과 황산 물방울로 구성된 두꺼운 구름층이 있다. 처음에는 수증기로 된 구름을 예상하기도 했지만, 1970년대 들어와 구름의 주성분이 황산이라는 사실이 밝혀졌다. 황산은 상층대기에서 이산화황과 수증기가 자외선을 받아 광화학 반응을 일으켜 생성된다. 이 구름들이 60%에 달하는 태양 빛을 반사하기 때문에 금성의 표면은 가시광 으로는 관찰하기 어렵다. 금성은 영구적으로 구름으로 덮여있기 때문에 지구보다 태양에 가까이 있지만, 금성의 표면에는 태양 빛이 드리우는 일도, 태양 빛에 의해서 가열되는 일도 일어나지 않는다. 이산화탄소에 의한 온실효과가 없다고 가정한다면 금성의 온도는 현재 지구의 표면온도와 비슷하게 된다. 구름 층 꼭대기에는 시속 300km에 이르는 강한 바람이 4-5일에 한바퀴씩 금성을 일주한다.

1980년대에 파이오니어 금성 궤도선은 금성의 자기장의 강도와 공간적 범위가 지구에 비해 작다는 것을 발견하였다. 작은 자기장이 생기는 원인은 전리층과 태양풍의 상호작용 때문으로 지구와 같이 핵에서의 다이너모 현상에 의해 생기는 자기장은 아닌 것으로 추정되었다. 금성의 자기권은 우주선(Cosmic Ray) 으로부터 대기를 보호하지 못할 만큼 약하다.

금속으로 된 액체 핵의 대류에 의해서 생기는 다이너모 현상에 의해 자기장이 생긴다고 생각이 광범위하게 받아들여지고 있었기 때문에, 금성 같이 지구와 비슷한 몸집으로 미루어 내부가 완전히 식지 않았을 것으로 추정되는 행성에 스스로 유지되는 자기장이 없다는 것은 상당히 당혹스러운 사실이었다. 다이너모 현상은 세 가지 조건을 필요로 한다. 전도성 액체, 회전, 대류이다. 하지만 금성의 핵은 지구와 마찬가지고 철과 니켈이 주성분인 도체라고 여겨진다. 또한 시뮬레이션 결과에 따르면, 금성이 자전 속도가 매우 느리긴 하지만 다이너모 현상을 일으키기에는 충분하다고 한다. 따라서 금성의 핵이 대류를 하고 있지 않기 때문에 다이너모 현상이 벌어지지 않는다고 생각된다. 지구에서는 액체로 된 외핵에서 대류가 일어나는데, 외핵의 하부가 상부보다 더 뜨겁기 때문이다. 금성에서는 내부의 열을 외부로 방출해 주는 판 구조 활동이 나타나지 않는다. 따라서 금성의 내부는 충분히 뜨거워서 금속으로 된 내핵이 존재하지 않을 수 있다. 즉 핵이 아직까지 냉각되고 있지 않기 때문에 핵이 모두 거의 같은 온도라는 설명이다.

금성은 태양 주위를 평균 거리 약 1억 600만 km를 두고, 224.7일을 주기로 공전하고 있다. 태양계의 행성들 중에서 금성의 궤도가 가장 원에 가깝다. 궤도 이심률은 0.01 이하이다. 내합 시에 지구에 가장 가까워지는데, 이때 거리는 약 4000만 km이다. 금성의 회합 주기 는 584일이다.

금성은 243일을 주기로 자전 한다. 태양계의 여덟 행성 중에서 가장 느린 자전 속도이다. 따라서 금성에서의 하루는 거의 1년과 맞먹는다. 적도에서 금성 표면은 시속 6.5km로 자전하는데, 지구 적도에서의 속도는 1600km에 달한다. 금성의 태양일은 116.75일이다. 또한, 자전 방향이 태양계의 행성 중에서 유일하게 동에서 서이기 때문에 금성 표면의 관측자는 태양이 매 116.75일마다 서에서 떠서 동으로 지는 것을 관찰하게 된다. 금성의 자전은 여느 행성과는 달리 북반구에서 보았을 때 시계방향으로 자전하고 그 속도 또한 매우 느리다. 이것은 금성의 자전 속도가 처음으로 측정된 이후 풀리지 않은 의문 거리이다. 원시 태양계 원반에서 금성이 처음 생겼을 때는 그 자전 속도가 지금에 비해 훨씬 빨랐을 것으로 여겨지지만 수십억 년의 시간이 흐르면서 무겁고 두꺼운 대기에 작용하는 조석 효과가 금성의 자전 속도를 늦추었을 수 있다고 한다.

금성 궤도의 신기한 점의 하나는 금성의 지구와의 회합 주기인 584일이 거의 정확히 금성의 태양일 길이의 다섯 배와 일치한다는 것이다. (584 = 116.75 * 5) 이 현상이 전적으로 우연에 의한 것인지 아니면 지구의 기조력에 의한 공명 인지는 아직 불명확하다.

금성에는 위성이 없는 것으로 알려져 있지만, 소행성 2002 VE ₆₈은 현재 금성과 유사위성 궤도 관계를 유지하고 있다.

2006년 10월에 칼텍의 알렉스 알레미와 대이비드 스테벤손에 의한 연구에 따르면 수십억 년 전에 금성은 대충돌에 의하여 형성된, 최소한 하나의 위성을 가지고 있었던 것 같다. 천만 년 정도 후에 또 다른 대 충돌에 의하여 금성의 자전 축이 뒤집혀졌고, 자전축이 바뀌었기 때문에 위성과 금성 사이의 기조력으로 인하여 위성이 점차 각운동량을 잃고 금성에 충돌하였다고 하는 설이 제시되었다.

금성은 항상 다른 행성에 비하여 밝게 보인다. 금성의 실시 등급은 -3.8등급에서 -4.6등급 사이에서 변한다. 이 정도 밝기는 이론적으로 낮에도 볼 수 있는 등급이지만 실제로는 관측이 어렵다. 하지만 개기 일식이 일어나면 무조건 그 지역에서는 금성을 쉽게 볼 수 있다. 실제로 2005년의 터키에서 일어나는 개기 일식 중에서 오른쪽에 금성이 보인 바 있고, 2011년 중국 만리장성에서 개기 일식이 일어날 때에 금성이 왼쪽에서 빛나고 있었고, 평소 때에 관측이 거의 불가능한 수성도 함께 보였다. 특히 태양이 지평선 낮게 위치할 때 잘 보인다. 금성은 내행성 이기 때문에 태양으로부터 47˚이상 떨어지지 않는다. 금성은 매 584일마다 지구를 앞질러간다. 따라서 금성은 저녁의 개밥바라기로 보이다가 내합이 지나고 나면 새벽의 샛별로 보이게 된다. 또다른 내행성인 수성은 최대 이각이 28˚에 이르지만 종종 박명 때문에 구별하기 힘든 경우가 있다. 하지만 금성은 밝기 때문에 쉽게 알아볼 수 있다. 금성의 이각이 커진다는 것은 해가 진 이후에 금성이 따라 질 때까지 더 많은 시간이 걸린다는 것을 의미한다. 하늘에 너무 밝은 발광점으로 보이기 때문에 금성은 UFO로 잘못 인식되는 경우가 있다.

궤도상의 각 위치에서 금성의 위상.

금성은 궤도를 따라 움직이면서 태양, 지구와의 상대적 위치에 따라 달과 같이 위상변화를 보여준다. 금성은 내합 시에는 달의 삭과 같이 완전히 보이지 않게 되지만 외합시에는 보름달과 같이 둥근 모양으로 보이게 된다. 금성이 최대이각에 다다랐을 때 금성의 모양은 반달 모양과 같고, 금성이 가장 밝게 보일 때는 좀 더 살이 빠져서 초승달이나 그믐달과 같은 모양을 한다. 금성이 완전히 보이지 않음에도 밝기가 최대가 되는 이유는 이때 금성이 지구에 좀 더 가까이 위치하기 때문이다. 금성이 마치 보름달과 같은 모습을 할 때에는 지구에서 가장 멀리 떨어져 있어 금성이 너무 작게 보이고 천구상에서 태양에 가깝고 태양 바로 뒤에 위치하므로 관찰하기도 쉽지 않다. 단, 개기 일식 이 발생할 경우에는 태양 뒤에 묻힌 금성이 보이기도 한다.

달, 금성, 그리고 화성

금성의 궤도면은 지구의 궤도면에 대해서 살짝 기울어져 있다. 따라서 금성이 지구와 태양 사이를 가로질러 갈 때 일반적으로는 태양면을 통과하지 않게 된다. 그러나 금성의 태양면 통과는 약 120년 마다 8년을 사이에 두고 두 번의 태양면 통과를 관찰할 수 있게 된다. 가장 최근의 금성의 태양면 통과는 2012년에 일어났으며 그 전은 2004년이다. 역사적으로 금성의 태양면 통과는 중요한 이벤트였는데, 천문학자들은 이 기회를 통해 1 천문단위(태양-지구 거리)를 직접적으로 결정할 수 있기 때문이다. 1천문단위의 크기가 결정되면 태양계의 크기도 자동적으로 결정된다. 1769년 4월 13일에 제임스 쿡 선장은 영국의 왕립협회에 고용되어 태평양 상의 타히티 에서 금성의 태양면 통과를 관측하였다.

금성 관측의 오래된 수수께끼 중의 하나는 애센 광이라고 불리는 현상이다. 이것은 금성이 초승달 위상에 있을 때 금성의 그늘 부분(태양 반대편)에서 보이는 약한 발광현상을 일컫는다. 애센 광은 1643년에 처음으로 관측되었지만, 발광 현상의 존재가 믿을 만 한 것으로 확인된 적은 없다. 금성을 관측하는 사람들은 이 빛이 금성 대기에서 일어나는 벼락 같은 전기 현상에 의한 것이라고 추정해 왔다. 하지만 애센 광은 실제로는 존재하지 않는데, 사람들이 아주 밝은 초승달 부분을 함께 보기 때문에 일어나는 생리적 현상의 결과일 수도 있다.

지구에서 볼 수 있는 금성 관측

지구 에서 금성은 언제나 초저녁 서쪽하늘에 볼 수 있고, 새벽녘에는 동쪽 하늘에만 보인다. 그 과정에 따라서 마치 달처럼 찼다 이지렀다를 반복한다. 그리고 금성은 태양에 가깝다 보니까 한밤중에 금성이 보일 리가 절대로 없다. 금성이 초저녁 서쪽하늘에 보이는 기준부터 시작해서 아무리 하늘에 오래 머물러도 밤 10~11시 정도밖에 있지를 못하기 때문이다. 그리고 그 이후부터는 금성이 갑자기 초저녁 서쪽하늘에 보이는 시간이 급속히 짧아지기 시작한다. 그러므로 한밤중에 금성을 볼 수 있는 환경은 전혀 불가능하다. 금성 관측 기록은 아래와 같다.

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금성 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

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금성은 우리가 흔히 '샛별' 이라고 부르는 행성으로 해 뜨기 전 동쪽 하늘이나 해진 후 서쪽 하늘에서 보인다. 금성은 그냥 보면 하나의 점처럼 보이지만, 망원경으로 보면 달처럼 그 모습이 변하는 위상을 가지고 있다.

금성의 대기는 두꺼운 이산화탄소로 덮여 있기 때문에 망원경으로는 표면이 보이지 않는다. 그래서 관측을 파장이 긴 전파를 사용하고 있다.

금성은 탄생한 직 후 미행성과 여러 번 충돌했을 것이다. 이로 인해 지표가 가열되고, 휘발성이 강한 수증기와 일산화탄소가 활발히 증발했고, 그 후 수증기와 일산화탄소를 주성분으로 한 금성의 원시 대기가 만들어진다. 고온이 된 지표는 뜨거운 마그마의 바다로 뒤덮이게 된다. 미행성의 충돌이 끝나면 원시 대기와 지표는 식기 시작하고, 마그마의 바다 표면에는 지각이 형성되기 시작한다. 냉각은 계속 진행되면서 수증기가 응결되어 비가 내리고 바다가 형성된다. 이후 태양에 의해 금성의 지표면은 다시 뜨거워지고, 바다는 증발한다. 증발된 수증기는 태양 자외선에 의해서 수소와 산소로 분해된다. 대부분의 수소는 금성에서 탈출하고, 결국 이산화탄소가 금성대기의 주성분이 된다. 이후 이산화탄소의 대기로 인한 온실 효과로 지표는 고온 상태가 되고, 화산 활동이 활발해지면서 황산의 구름이 형성되어 현재의 금성과 비슷한 모양이 되는 것이다.

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금성의 기원 | 금성 | 태양계 | 천문학습관 | 천문우주지식정보

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금성은 우리가 흔히 '샛별' 이라고 부르는 행성으로 해 뜨기 전 동쪽 하늘이나 해진 후 서쪽 하늘에서 보인다. 금성은 그냥 보면 하나의 점처럼 보이지만, 망원경으로 보면 달처럼 그 모습이 변하는 위상을 가지고 있다. 금성의 대기는 두꺼운 이산화탄소로 덮여 있기 때문에 망원경으로는 표면이 보이지 않는다. 그래서 관측을 파장이 긴 전파를 사용하고 있다.

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지구

다른 이름

어스, Earth, Terra (대지, 땅을 뜻하는 그리스어 문장)

모항성
태양

근일점(q)

147,098,074 km
0.983 289 891 2 AU

원일점(Q)

152,097,701 km
1.016 710 333 5 AU

공전 주기(P)

365.256 41 일
(1.00 017 5 년)

궤도 경사(i)

0.000 05 °
(태양 적도와는 7.25°)

궤도 이심률(e)

0.0167086 [1]

위성 수
1

표면적

510,065,284.702 km ²

부피

1.0832 ×10 ¹² km ³

평균 밀도

5.515 g/cm ³;

질량

5.9736 ×10 ²⁴ kg(약6 섹스틸리언 톤)

표면 중력

9.80665 m/s²;

자전 주기

0.997 258 일 (23.934 시간)

자전 속도

465.11 m/s

대기압

100 kPa

구성 성분

질소, 산소, 아르곤, 이산화 탄소, 수증기

지구(地球, Earth)는 태양으로부터 세 번째 행성이며, 조금 두꺼운 대기층으로 둘러싸여 있고, 지금까지 발견된 지구형 행성 가운데 가장 크다. 지구는 45억 6700만 년 전 형성되었으며, 용암 활동이 활발했던 지구와 행성 테이아의 격렬한 충돌로 생성되었을 달을 위성으로 둔다. 지구의 중력은 우주 의 다른 물체, 특히 태양과 지구의 유일한 자연위성인 달과 상호작용한다. 지구와 달 사이의 중력 작용으로 조석 현상이 발생한다.

지구는 약 45억 년 전에 형성되었으며, 태양계가 형성되던 시점과 때를 같이한다. 원시 태양계 원반의 태양 가까운 부분에서는 갓 방출되기 시작한 태양의 복사에너지에 의해 휘발성 성분이 제거되면서 규소를 주성분으로 하는 암석 종류와 철, 니켈 등의 금속성분이 남게 된다. 이들은 원시 태양 주위를 공전하면서 합쳐서 그 크기를 불리게 되는데, 어느 정도 몸집과 중력을 가진 것들을 미행성이라고 부른다. 미행성들은 보다 작은 소행성이나 성간 물질을 유인하여 성장하였다. 미행성의 크기가 커지면 성장속도는 가속된다. 크기가 작은 소행성 들이 충돌하게 되면 충돌의 충격으로 조각들이 흩어지게 되나, 크기가 큰 것들이 충돌하게 되면 중력이 강하기 때문에 탈출하는 조각들을 회수할 수 있기 때문이다. 이때 생긴 미행성들 중에서 현재까지 남아 있는 것은 5개이다.

원시 지구는 바깥부분이 거의 완전히 녹은 상태를 경험하게 되면서 성장한다. 원시 지구의 열원은 크게 3가지로 설명할 수 있으며, 첫 번째는 소행성의 충돌이다. 소행성의 충돌은 운동에너지를 열에너지로 바꾸어 원시 지구를 뜨겁게 가열했다. 다른 하나는 중력 에너지이다. 원시지구가 충돌로 인한 가열 때문에 조금씩 녹기 시작하자 그 때까지 뒤섞여 있던 철과 규소가 중력에 의해서 서로 분리되기 시작한 것이다. 무거운 철이 중력에너지가 낮은 지구 중심으로 쏠려 내려가면서 굉장한 중력에너지를 열에너지의 형태로 방출한다. 세 번째 열원은 원시 태양계에 충만하던 방사성 동위원소의 붕괴열이다. 지구의 바깥부분이 완전히 녹은 상태를 마그마 바다 라고 한다. 마그마 바다의 깊이는 수백 km에 달했다고 여겨진다. 중력 분화가 끝나고,낙하할 소행성들도 거의 정리가 되자 지구는 식기 시작한다. 마그마 바다가 식기 시작하면서 최초의 지각이 형성된다.

지구 대기의 역사는 암석과 마그마로부터 방출된 기체들이 지구 주위에 중력으로 묶이면서 시작된다. 이렇게 형성된 대기를 원시 대기라고 한다. 원시 대기를 이루는 물질은 지구를 형성한 소행성과 혜성 따위에 포함되어있던 휘발성 물질로부터 비롯되었다. 지구가 식어가면서 마그마 바다가 식어 고체의 바닥이 다시 형성되고, 혜성에 들어있던 미량의 물은 많은 양의 혜성이 떨어지면서 축적되기 시작했고, 마그마가 식어 고체의 바닥이 형성된 후에 원시 대기의 수증기 성분이 응결하여 비가 내리기 시작하였다. 이 비는 원시 바다를 형성하였다. 이때 땅과 대기에 있던 염분들이 비에 의해 바다로 녹아들어 가면서 바다가 짜게 되었고 소금을 얻을 수 있게 되었다.

원시 바다의 해저에서는 지금의 열수분출공과 같은 곳이 다수 존재하였다. 최초의 생명은 36억 년 정도 전'에, 열수에서의 고에너지 하에서의 화학반응을 이용하는 특수한 유기물 들이 생겨나 진화하면서 탄생한 것으로 추정된다.

광합성을 할 수 있는 생명체들이 생겨나면서부터 이들은 태양 에너지를 곧바로 자신들의 에너지원으로 활용할 수 있게 되었다. 광합성의 결과로 생긴 산소는 먼저 바다에 녹아들어가면서 엄청난 양의 산화철을 만들었고, 바다에 퇴적시켰다. 바다가 산소로 포화되는 데에는 10억 년에서 20억 년이 걸렸던 것으로 추정하고 있다. 그 뒤 계속되는 광합성은 산소를 대기 중으로 방출시켰으며 성층권에 오존층을 형성하게 된다. 초기의 생물들은 단세포 생물로 지금의 원핵생물과 비슷했다고 여겨진다. 이들이 서로 합쳐지는 과정을 통해 한층 더 복잡한 형태인 진핵생물 로 진화했다. 진핵생물이 서로 군집하게 되면서 다세포 생물로 진화했다.

7억 5천만 년 전부터 5억 8천만 년 전 시기에 전 지구가 얼음에 덮이는 혹독한 빙하기가 찾아왔었다는 가설이 60년대부터 제기되었다. 이 가설을 눈덩이 지구라고 하는데, 빙하기가 끝나면서 캄브리아기의 대폭발 이 찾아왔다는 점에서 특별한 관심을 끌고 있다. 캄브리아기 폭발은 캄브리아기에 들어서면서 다세포 생물이 갑자기 번성하면서 종의 다양성이 폭발적으로 늘어난 현상을 일컫는다.

5억 3천5백만 년 전의 캄브리아기의 대폭발 이후로 다세포 진핵생물은 육상을 점령하고, 하늘에 진출했으며, 바다에서는 생태계의 꼭짓점에 군림하는 등 엄청난 성공을 거두었다. 한편 캄브리아기 이후 생물종의 대부분을 멸종시킨 대량멸종사건이 다섯 차례 있었다는 것이 확인되었다. 대량멸종사건은 기존에 번성하던 생물종들을 대부분 지구상에서 사라지게 하지만, 거기에서 살아남은 종들은 다시 번성하여 기존의 생태적 지위를 차지하게 된다는 점에서 생물의 진화에 결정적인 영향을 미치는 사건이다. 고생대 말의 공룡 등의 대량멸종은 판게아의 분열과 관련된 대규모 화산활동에 의했다고 생각되며 중생대 말의 대량멸종은 전 세계에 있는 핵폭탄을 모두 한꺼번에 폭발시켰을 때보다 1만 배나 강한 위력의 운석 충돌로 야기되었다. 중생대 말의 공룡의 대량멸종 이후, 지금으로부터 약 6400 만 년 전에 포유류가 등장하여 번성하게 되었다. 그리고, 지금으로부터 200만 년 전에 현재의 남아프리카 공화국 근처에서 포유류 가운데 원시인이 처음 생기고, 원시인이 진화하여 현대의 인간 이 되었다.

대륙지각이 충분히 형성되고 나서부터는 수억 년을 주기로 하여 지구 표면의 대륙들이 모이고 다시 합쳐지기를 되풀이해왔다. 언제부터 이 주기가 시작되었는지는 아직 명확하게 결정되지 않았다. 때때로 대륙들이 모두 뭉쳐 형성한 하나의 큰 대륙을 초대륙이라고 한다. 초대륙의 개수와 그 존재에 대해서는 의견이 분분한 것이 많다. 초대륙 네나나 케놀랜드 등이 그 예이다. 지금까지 존재 시기가 결정된 초대륙에는 30억년전의 우르 ( 초대륙이 아니라 가장 큰 대륙이라 하는 학자도 있음) 18억년전 컬럼비아, 10억년~7억 5천만 년 전의 로디니아, 6억 년에서 5억 4천만 년 전의 판노시아, 그리고 2억 년 전의 판게아 등이 있다. 일부 학자들은 로라시아와 곤드와나대륙, 아메리카대륙, 현재의 아프로-유라시아 대륙도 초대륙 이라 보는 학자들도 있다.

지각의 이동을 설명하는방법은 여러가지로 변해왔다. 가장 먼저 나온 이론은 지구수축설이다. 지구의 속이 냉각하며 부피가 준다는 이론으로 르네 데카르트가 제안했다. 하지만 산맥,골짜기의 폭이라던지 특수한 지대만 있는 습곡 산맥등을 설명하지 못하였다. 1940년대에는 이에 조금 더 발전된 저온기원설이 발표된후, 지구수축설을 누르고 잠시동안 지각의 이동을 설명하는 방법이 되었었다. 1912년, 독일의 알프레드 베게너(Alfred Wegener)가 대륙이동설을 발표했다. 그러나 이것의 원동력을 설명하지 못해서 지지를 받지 못하였다. 다음으로 나온것은 1929년 홈스에 의한 맨틀대류설이다. 이는 맨틀의 대류에 의한 판의 이동을 설명함으로 습곡산맥, 해령, 해구 등을 설명 할 수 있었다. 다음은 1960년대 미국의 디에츠와 헤스 (Harry Hess)의 해저확장설이다. 해저확장설은 해저의 해령에서 끊임없이 대륙이 생겨나간다고 주장하는 학설이였다. 가장 최근에 나온 설은 플룸 구조론 (plume tectonics)이다. 지진파를 통해 알아낸 지구 내부의 열 온도가 일정하지 않다는 것으로 나온 가설이 플룸구조론이다. 차가운 플룸과 뜨거운 플룸이 유동하면서 지구내부를 유동한다는 가설이다. 이 외에도, 지금 이 순간에도 새로운 가설들이 나오고 있지만, 아직은 확실한 것이 무엇인지 모른다.

지구의 내부 구조

지구의 대부분은 수성, 금성, 화성, 달과 마찬가지로 암석과 금속 으로 이루어져 있다. 지구를 포함한 이들 다섯 천체 중에서 지구는 가장 무거우며 또한 크다. 밀도 역시 가장 높으며, 표면 중력, 자기장, 자전 각속도가 가장 큰 천체이다.

지구의 내부구조는 대체로 층상 구조를 이루고 있다. 지구의 최외각부분은 주로 유체로 되어 있는데, 구성 물질에 따라서 대기권, 수권으로 구분한다. 생물권 은 그 양이 매우 작고, 대부분의 경우 지구의 물리적 층으로는 인정하지 않고 있다.

전통적 방법으로 구분한 지구의 층상 구조는 가장 바깥부분부터 지각, 맨틀, 핵 (핵은 다시 외핵과 내핵으로 나뉜다.) 순이다. 이것은 화학적 구성 성분의 변화를 기준으로 구분한 것이다. 가장 바깥부분을 이루고 있는 층인 지각은 그 두께가 지구 반지름에 비하여 매우 얇고 지역에 따른 구조 및 성분의 변화가 심한 특징이 있다. 지각은 다시 밀도에 따라 크게 두 종류로 나뉘는데, 대륙지각(약 2.7g/cm ³)과 해양지각(약 3.0g/cm ³)이 바로 그것이다. 대륙지각은 주로 알루미늄, 나트륨, 칼륨과 같이 상대적으로 가벼운 원소와 결합한 규산염 화합물이 주성분인 광물로 이루어져 있는 반면, 해양지각은 철, 마그네슘 같이 무거운 원소를 양이온으로 가지는 규산염 광물 화합물이 주성분이다. 지각에서의 밀도 차이가 대륙지각이 상부에 있고, 해양지각이 하부에 있는 구조를 나타내지는 않는다. 지각 평형설에 따르면, 대륙지각은 낮은 밀도를 보상하기 위해서 두꺼워야하고, 해양지각은 얇아야 한다. 이러한 까닭에 대륙지각의 두께는 30에서 70km에 달하는 반면, 해양지각의 두께는 10km도 채 되지 않는다. 대륙지각은 오랫동안 풍화의 산물들이 모여 생긴 것이기 때문에 그 구조와 성분이 지역에 따라 판이하게 달라지는데 반하여, 해양지각 은 온 지구에 걸쳐서 거의 동일한 기작을 통하여 형성되기 때문에 매우 균질한 양상을 보인다.

지각의 맨 아래 부분은 모호로비치치 불연속면(짧게 모호면)이라고 하며, 이 면을 경계로 하여 지진파의 속도가 상당히 빨라진다. 지진파의 속도는 물성과 관계가 깊기 때문에 모호면 상하로 구성 물질의 변화가 있을 것으로 생각하며, 그 아래 부분을 맨틀이라고 한다. 맨틀은 모호면 바로 아래에서부터 시작하여 깊이 2900 km 에 이르는 구역을 가리킨다. 따라서 맨틀의 주요 구성 성분인 규산염 광물 역시 깊이에 따라서 매우 광범위한 변화를 보인다. 최상부에서 맨틀을 이루는 감람석의 밀도는 약 3.3g/cm ³인 반면, 가장 하부의 맨틀은 그 밀도가 약 5.5g/cm ³에 달할 것으로 추정하고 있다. 맨틀의 최상부는 주로 감람석으로 구성되어 있고 깊이 420km까지를 차지한다. 그 이하의 깊이에서 감람석은 높은 압력으로 인하여 스피넬 구조로 상변이를 일으킨다. 깊이가 660km에 이르면 높은 압력으로 인해 감람석은 페롭스카이트로 상전이를 일으키며 마그네슘 산화물과 공존한다. 이 깊이 이하를 하부맨틀이라고 하여 상부맨틀과 구분한다. 맨틀은 단단한 암석으로 이루어져 있지만 매우 오랫동안에는 유체처럼 행동하여 대류를 일으킨다. 최근의 연구 중에는 핵과 맨틀의 경계에 가까운 맨틀에서는 매우 높은 압력으로 인해 페롭스카이트가 또 다시 상전이를 일으켜 이방성 광물로 변화하며, 이 상전이는 온도에 상당히 민감한 변화이기 때문에 지역마다 존재 여부가 달라진다는 견해가 있다.

핵은 맨틀이나 지각과는 달리 철과 니켈이 주성분인 금속으로 되어 있다. 핵은 지구 형성 초기에 밀도에 따른 중력 분화 과정에서 무거운 원소가 중력 포텐셜이 낮은 중심으로 모이면서 생겼다. 이러한 갑작스런 물질 조성의 변화 때문에 핵과 맨틀의 경계는 뚜렷한 구분을 보이는데, 이 면을 구텐베르크면이라고 한다. 핵은 깊이 5100km를 경계로 또 다시 두 층으로 나뉘는데, 외핵과 내핵이 그것이다. 외핵은 S파가 전달되지 못하는 것으로 보아 액체 상태로 되어 있다고 추정하고 있으며, 내핵은 고체 상태로 여겨진다. 내핵과 외핵의 경계면은 레만면이라고 한다. 외핵은 액체 상태로 지구의 공전과 열역학의 영향을 받으며 대류하고 있다고 추정하고 있으며, 외핵의 전도성의 유체의 운동에 의해 지구의 강력한 자기장 이 유지되고 있다고 생각되고 있다. 그리고 최근 연구결과에 따르면 외핵 내부에 반지름 약 650km정도의 고체로 된 심핵이 존재한다고 한다. 외핵과 내핵의 경계면을 유로면 이라고 한다.

지구물리적인 관점에서는 지구 내부를 물성에 따라서 분류하는데, 다음과 같은 층상 구조 로 구분된다.

판구조론에서 구별하는 암석권과 연약권 은 물질의 성질에 따라 분류한 것으로 지질학적인 시간 동안 탄성체로 간주할 수 있는 부분을 암석권, 점성을 가진 물체처럼 행동하는 부분을 연약권이라고 한다. 연약권을 암류권이라고 부르는 사람도 있다.

지구의 표면은 대륙과 해양의 두 부분으로 나뉜다. 육지의 평균 높이는 840m인데, 해안평야·구릉·대지(臺地)·산맥 따위의 복잡한 기복을 가지고 있다. 산맥이 되어 있는 지역은 면적은 크지 않으나, 그 대부분은 대륙의 내부보다 바다에 가까운 곳에 있어서 조산대(造山帶)라고 일컬어지는 특별한 지역으로 되어 있다. 고산(高山)의 사면(斜面)에는 많은 골짜기가 패어 있고, 이들 골짜기를 흘러내리는 물은 하천이 되어 바다로 들어간다. 하천의 유수는 지표의 암석을 침식하고 대소의 암설(岩屑)을 운반하여 하류 유역이나 해저에 이들 물질을 퇴적한다. 지표는 지각의 내부 마그마(magma)의 작용 등에 의하여 끊임없이 융기와 침강을 일으킨다. 또한 대기나 물의 작용으로 풍화·침식을 받고 있다. 말하자면 지표는 지각의 운동과 대기나 물에 의한 풍화·침식의 작용의 복합으로 인하여 복잡한 기복이 만들어지고, 그 형태가 끊임없이 바뀌고 있다고 할 수 있다.

심우주 기후 관측 위성이 2016년 5월 29일에 촬영한 지구의 자전

지구는 23시간 56분 4.091초 주기로 자전하며, 그 축은 북극과 남극을 잇는 선이다. 그 방향은 지구의 북극에서 보았을 때 시계 반대방향이다. 그 결과 지구에서 천체들이 한 시간에 15도씩 동에서 서로 이동하는 것처럼 보이는 일주운동 을 관찰할 수 있다.

지구는 태양을 365.2564 태양일 주기로 공전하고 있다. 이 때문에 지구에서 보았을 때 태양이 다른 천체들을 배경으로 하여 하루에 1도씩 서에서 동으로 이동하는 현상을 볼 수 있다.

지구의 궤도 속도는 평균 초속 30 km 정도인데, 이 속도는 지구의 지름은 7분만에, 달까지의 거리는 4시간 만에 통과할 수 있는 속도이다.

지구는 하나의 위성, 달을 거느리고 있다. 달과 지구는 공동질량중심을 27.32일의 주기로 회전하고 있으며 이를 항성월이라고 한다. 한편, 지구와 달의 회전이 일어나는 동안 지구 역시 태양주위를 공전하고 있기 때문에 태양과 달의 상대적인 위치가 되풀이되는 데에는 항성월 보다 조금 더 긴 29.53일이 걸리며 이 기간을 삭망월이라고 지칭한다.

공전 궤도면에 수직인 방향과 자전축은 서로 일치하지 않고 23.5도나 차이가 난다. 이 기울기 때문에 공전궤도상의 지구의 위치에 따라 태양입사의 각도가 달라지게 되고 계절의 변화를 일으키게 된다. 한편 달의 궤도면은 지구의 공전궤도면과 또 다시 5도의 차이가 있다. 따라서 삭망마다 일식과 월식이 반복되지 않는다.

관성좌표계(지구의 자전, 공전과 관계없이 태양에 고정되어 있는 좌표계)에서 지구는 세차운동을 한다. 세차운동이란 지구의 자전축이 긴 시간을 주기로 원뿔모양을 그리면서 회전하는 것을 일컫는데, 그 주기는 25,800년 (258세기)이다. 세차운동은 태양의 중력이 지구의 볼록타원체에 차등적으로 가해져서 생기는 현상인데, 비슷하게 달에 의해서도 자전축이 흔들리며 그 주기는 18.6년이고 장동 이라고 부른다.

지구와 함께 회전하는 좌표계에서도 지구의 자전은 약간의 불안정함을 보이는데, 이것을 극운동이라고 한다. 극운동은 준주기적인 운동이며, 연주기성분과 챈들러 운동이라고 하는 14개월 성분으로 이루어져 있다. 극운동 과 함께 지구의 자전 속도 역시 일정하지 않으며 따라서 하루의 길이 역시 달라지게 된다. 때때로 윤초가 삽입되는 것은 이러한 영향을 보상하기 위해서이다.

달과의 인력과 바다의 밀물과 썰물의 상호관계 때문에 지구의 자전 속도는 느려지는데 매년 0.000017초 정도가 느려지고 달과의 거리는 매년 4cm씩 멀어지고 있다.

현재 지구 공전 궤도의 근일점은 1월 3일 부근에 있으며 원일점은 7월 4일 부근에 있다. 세차운동과 밀란코비치 주기 로 알려진 현상에 의해서 지구의 공전 궤도는 달라진다.

지구 온난화는 지구의 평균 기온이 상승하는 현상을 말한다. 산업화 이후, 인류의 과도한 화석 연료 사용으로 인해 추가적으로 발생한 온실 기체가 원인이라는 설이 가장 유력하다. 지구온난화의 예는 1880년대의 -19mm였던 해수면이 1930년 제1회 월드컵 때는 30mm로, 지금은 37mm로 높아져서 지구 온난화로 인해 사라진 섬들이 많다. 최근에는 이런 온난화를 막기 위해 노력하고 있는데, 이를테면 선진국에서 개발한 도심 속의 숲, 전기자동차, 한국에서 개발한 승용차 요일제 등이 있다.

1790년, 프랑스 정부에서 전 세계적인 단위의 표준을 정할 필요성을 느끼고 미터법을 제정할 당시, 거리의 기준을 지구로 삼았다. 그에 따라 지구 적도에서 북극점까지의 거리를 정확하게 10,000Km, 이 거리의 4배인 지구 전체 자오선 길이인 40,000km를 기준으로 하는 미터법이 제정되었다. 전체 자오선 길이가 아닌, 적도에서 북극점까지 거리인 10,000km를 십진법상의 표준으로 삼은 까닭은 당시의 기술 수준으로 남반구 지역에 관측소를 설치하는 것이 용이치 않았기 때문이다. 따라서 1m는 적도에서 극점까지 거리의 1000만분의 1이다. 단, 1983년 이후, 국제단위계에서 미터는 진공에서 빛이 1/299,792,458초 동안 진행한 거리로 정의되었다. 미터 항목 참조.

지구에는 자기장이 존재한다. 이는 우주의 방사선 을 막아줘 생명체의 존재를 가능하게 해준다. 그러나 이러한 자기장은 150년 동안 세기가 10%가량 감소하여 이는 대규모 지진·화산 활동, 기후변화, 동물들의 대량 멸종사건에 영향을 미치고 있으며, 자기장의 소멸로 대기를 잃은 화성과 같이 지구 또한 미래에 대기를 잃을 수 있다고 과학자들은 말하고 있다.

지구와 궤도 공명을 하는 소행성 크뤼트네(Cruithne)는 1986년 발견되었으며 지구와 달의 중력의 영향을 받아 찌그러진 말굽형 궤도로 지구를 돌고 있다. 최대 직경 5 km 소행성 크뤼트네는 천구 상에서 원위치로 돌아오기까지 360년이 걸린다. 크뤼트네는 달에 비해 궤도 운동이 복잡한데 달이 단순히 지구의 주위를 도는 것에 비해, 크뤼트네는 그냥 지구의 주위를 도는 것이 아니라, 지구와 같은 주기로 지구의 궤도를 따라 지구와 함께 태양 주위를 돌기 때문이다. 물론 지구 고정 좌표계에서 보면, 이 천체가 분명 지구의 주위를 도는 듯이 보이지만, 엄밀히는 태양의 주위를 지구와 같이 도는 것이다. 이런 식으로 궤도 공명을 하는 천체들을 힐 권 내에서 공전하는 달(satellite)과 구분해서 준달 또는 준위성(quasi-satellite) 라고 부른다. 이 준위성도 역시 케플러의 법칙을 따르기 때문에 타원궤도(elliptic orbit)를 돌며, 면적속도(area velocity)가 일정하다. 앞으로 이러한 일이 또 일어날 수 있다.

이 거리는 행성까지의 최단거리이다.

지구 - 수성 : 91,691,000 km

지구 - 금성 : 41,400,000 km

지구 - 화성 : 78,340,000 km

지구 - 목성 : 628,730,000 km

지구 - 토성 : 1,275,000,000 km

지구 - 천왕성 : 2,723,950,000 km

지구 - 해왕성 : 4,351,400,000 km

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지구 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

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푸른 행성 지구

우리가 살고 있는 푸른 행성이 바로 지구이다. 우주에서 봤을 때 푸른색의 바다와 녹색의 산과 갈색의 흙에 흰색의 구름이 조화를 이루고 있는 아름다운 행성이다. 현재 지구의 나이는 약 46억 년이라고 알려져 있으며, 원시 태양 주위에 있던 엄청난 수의 미행성이 충돌, 뭉쳐져서 원시 지구를 탄생시켰을 것이다. 탄생 직후의 지구는 고온의 마그마 바다였으나 미행성의 충돌이 잠잠해지면서 냉각하기 시작하고 얇은 지각이 형성되었다. 그리고 이산화탄소가 주성분이었던 원시 대기에 비가 내림으로써 바다가 형성되고, 이산화탄소가 바다에 녹아 하늘이 맑아졌을 것이다. 약 35억 년에서 25억 년 전쯤에 지표의 온도가 현재 지구 온도와 가까워졌고 지구 환경도 안정기에 접어들었다. 그리하여 35억 년 전에 비로소 지구에 원시 생명이 탄생한 것으로 추측하고 있다.

하늘이 파란이유

하늘이 파란 이유는 지구의 대기가 태양빛 중에서 단파장인 푸른빛을 산란시키기 때문이다. 태양빛은 여러 파장으로 나눌 수 있는데 그 중 한부분이 우리가 볼 수 있는 가시광선이다. 가시광선은 빨주노초파남보 색깔로 나뉘게 된다. 빨간색은 상대적으로 파장이 길고, 파란색, 남색, 보라색으로 갈수록 파장이 짧다. 이에 대기는 상대적으로 짧은 푸른색의 빛들을 많이 산란시키게 되고 이에 따라 우리의 눈에는 푸른색이 비춰져 하늘이 파랗게 보이는 것이다. 그리고 태양이 수평선 방향에 있다면 더욱 많은 대기들을 지나야만 우리 눈에 도달할 수 있는데, 푸른색의 단파장들은 산란되어 여러 방향으로 흩어지고 붉은 계열의 장파장들이 우리의 눈에 도달하기 때문에 노을은 붉고 노란 계열로 보이는 것이다.

지구의 미래

우리 인간은 지구의 자원을 이용하여 현재까지 살아왔다. 하지만 지구를 생각하지 않는 무분별한 산업화는 몇몇의 문제(이산화탄소 증가로 인한 온실효과, 염화플루오린화탄소의 오존층파괴 등) 들을 발생시켜 인류에 위협을 가하고 있다. 또한, 앞으로 수십억 년 사이에 거대운석의 충돌, 혹은 대륙이동에 따른 화산활동이나 기후변동 등에 의해 멸망할 가능성도 있다.

또한 미래에는 판 운동이 정지하고 바다는 맨틀에 흡수되어 없어져 가며, 언젠가는 현재의 화성과 같은 모습이 될 것이라 예상할 수도 있다. 그리고 대략 50억년 후에는 태양이 주계열성 단계를 마치고 거성 단계에 접어들어 지구의 공전궤도에 가까운 크기까지 팽창할 것이다. 지구자체는 태양에 흡수되거나 표면이 융해되고 탄생할 때와 같은 마그마로 뒤덮일 것이다. 만약 태양의 진화가 끝날 때까지 지구가 남아 있다면 그대로 백색왜성이 된 태양과 함께 식어 갈 것이다.

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푸른 행성 지구 | 지구 | 태양계 | 천문학습관 | 천문우주지식정보

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푸른 행성 지구 우리가 살고 있는 푸른 행성이 바로 지구이다. 우주에서 봤을 때 푸른색의 바다와 녹색의 산과 갈색의 흙에 흰색의 구름이 조화를 이루고 있는 아름다운 행성이다. 현재 지구의 나이는 약 46억 년이라고 알려져 있으며, 원시 태양 주위에 있던 엄청난 수의 미행성이 충돌, 뭉쳐져서 원시 지구를 탄생시켰을 것이다.

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Mars

2001년 6월 26일에 허블 우주 망원경 이 촬영한 화성

궤도 성질 (역기점 J2000)[1]

근일점

206,700,000 k m
1.3814 AU

원일점

249,200,000 k m
1.666 AU

긴반지름

227,939,200 km
1.523679 AU

공전 주기

686.971 d (1.8808 a)

회합 주기

779.96 d (2.135 a)

평균 공전 속도

24.077 km/ s

궤도 경사

1.85° (황도 기준)
5.65° (태양 적도 기준)

물리적 성질[2]

평균 지름

6,779.0 ± 0.4 km

적도 지름

6,792.4 ± 0.2 km
( 지구 의 0.533배)

극 지름

6,752.4 ± 0.2 km
(지구의 0.531배)

둘레

21,344 km

부피

1.6310×10 ¹¹ km ³
(지구의 0.151배)

질량

6.4171×10 ²³ kg
(지구의 0.107배)

평균 밀도

3.9335 ± 0.0004 g/cm ³

표면 중력

3.711 m/s² (0.376 g)

자전 주기

1.025 957 d
(24 h 37 m 22 s)

자전 속도

868.22 km/h

자전축 기울기

25.19
(궤도면 기준)

적경

317.681 43
(21 h 10 m 44 s)

표면 온도
- 최저
- 평균
- 최고

133 K (-140 °C)
210 K (-63 °C)
293 K (20 °C)

대기 성질[2][3]

대기압

0.636 kPa (0.4-0.87)

네온

2.5 ppm

수증기

210 ppm

중수

850 ppb

화성(火星, Mars)은 태양계의 4번째 행성이며, 4개의 지구형 행성 중 하나이다. 표면의 철의 산화로 붉은색을 띠기 때문에 동양권에서는 불을 뜻하는 화(火)를 써서 화성 또는 형혹성(熒惑星)이라 부르고, 서양권에서는 로마 신화의 전쟁의 신 마르스의 이름을 따 Mars라 부른다. 오늘날 영어에서 3월을 뜻하는 March도 여기서 유래되었다. 지구와의 평균 거리는 7,800만 km이다. 화성의 지름은 지구의 1/2 정도이다. 자전 주기는 24시간 37분 22초 로 지구보다 더 길다.

물과 생명체의 발견에 대한 기대로 많은 탐사선들에 미생물 을 찾기 위한 센서들이 탑재되어 화성에 보내졌다. 화성에서는 다량의 얼음이 발견되었고, 생명체가 존재할 가능성이 제기되고 있다. 하지만 화성 표면에서의 액체상태의 물은 낮은 대기압으로 인하여 존재 할 수 없다는 것이 밝혀졌다. 한편 화성의 극관은 물로 구성되어 있어, 이 극관에 존재하는 물은 화성의 표면을 11m의 깊이로 뒤덮기에 충분히 많은 양이 존재한다. 2016년 나사는 화성 표면 안에 얼음이 존재할 것이라고 새로운 발표를 하였다.

화성의 자전 주기와 계절의 변화 주기는 지구와 비슷하다. 화성에는 태양계에서 가장 높은 산인 올림푸스 화산이 있으며, 역시 태양계에서 가장 큰 계곡인 매리너스 협곡과 극관을 가지고 있다.

지구와 화성의 크기 비교

화성의 내부는 지구와 마찬가지로 화성은 밀도가 낮은 물질로 중첩된 고밀도 금속 중심부로 분화했다. 현재 내부 모델은 반경이 약 1,794 ± 65km(1,115 ± 40 mi)인 코어를 의미하며, 주로 유황 16-17%의 철과 니켈로 구성된다. 이 황화 철(II) 황화핵 지구의 핵보다 가벼운 원소가 두 배더 풍부하다고 추측된다. 중심부는 행성에서 많은 지각과 화산 형상을 형성한 규산염 맨틀에 둘러싸여 있지만, 휴면에 있는 것으로 보인다. 실리콘과 산소 외에 화성 지각에서 가장 풍부한 원소는 철, 마그네슘, 알루미늄, 칼슘, 칼륨이다

노아키안 시대는 노아키스 테라의 이름을 따서 붙여진 이름이다, 화성의 형성으로부터 38억~35억 년 전까지의 시대이다. 노아키안 시대의 표면은 많은 거대한 크레이터로 덮여 있다. 타르시스 벌지 는 이 시대에 형성된 것으로 여겨진다. 이 시대의 후기에는 엄청난 양의 액체 물에 의한 홍수가 있었다고 생각된다.

헤스퍼리안 시대는 헤스퍼리안 평원으로부터 이름이 붙여졌다. 35억 년 전부터 18억 년 전까지의 시대이다. 헤스퍼리안 시대의 화성에서는 넓은 용암대지 가 형성되었다.

아마조니안 시대는 아마조니스 평원의 이름을 따서 붙여졌다. 18억 년 전부터 현재에 이르는 시대이다. 아마조니안 지역은 크레이터가 거의 없으나 상당한 변화가 있는 지형이다. 올림푸스 화산 이 이 시대에 형성되었고, 다른 지역에서 용암류가 형성되었다.

마스 익스프레스 오비터의 OMEGA 가시광-적외선 광물학 매핑 스팩트로메터 자료를 기초로 또 다른 시대 구분이 제시되고 있다.

화성의 좌표를 설정하기 위하여서는 자오선과 0점 고도가 정해져야 한다. 화성에는 바다가 없기 때문에, '해수면'이 없어서, 0점 고도면이나 평균 중력 표면이 임의의 지점으로 선택될 수밖에 없다. 또한 적도와는 달리 경도의 기준점은 임의로 선택이 가능하기 때문에 공통된 규약을 정할 필요가 있다. 그리하여 임의적으로 사이너스 메리디아니(Sinus Meridiani, 적도만('Equatorial Gulf')) 안의 분화구가 0점 자오선을 나타내는 것으로 선택되었다.

화성 지형의 몇 가지 기본적인 특징은 다음과 같다. 화성은 극 지방이 얼음과 이산화탄소를 포함하는 얼음 지대로 덮여 있다. 또한 화성에는 발레스 매리너리스(Valles Marineris) 또는 화성의 흉터 라고 불리는 태양계에서 가장 큰 [협곡 지대]가 있다. 이 협곡 지대는 4000km의 길이에 깊이는 7km에 이른다.

화성은 밀도가 낮은 물질로 중첩된 고밀도 금속 중심부로 분화했다. 현재 핵의 반지름이 약 1,794 ± 65km(1,115 ± 40 mi)이며, 유황 16-17%의 철과 니켈로 구성된다. 이 황하 철 핵은 지구의 핵보다 가벼운 원소가 두 배더 많다고 추측된다. 중심부는 규산염 맨틀로 둘러싸여 있어 많은 지각과 화산 형상을 형성했지만, 휴면상태로 보인다. 실리콘과 산소 외에 화성 지각에서 가장 풍부한 원소는 철, 마그네슘, 알루미늄, 칼슘, 칼륨이다. 화성 지각의 평균 두께는 약 50km(31mi)이며, 최대 두께는 125km(78mi)이다. 참고로 지구의 지각은 평균 40km(25mi)이다.

화성 표면 지역의 이름을 짓는 작업은 국제 천문 연맹 의 '행성계 명명법 워킹 그룹'이 담당하고 있다.

화성의 석양. '스피릿'호 촬영

화성의 대기압은 0.6에서 1.0 kPa로, 지구의 대기 밀도와 비교하면 1/100 정도로 매우 낮다. 대기가 적으므로 기압이 매우 낮고 물이 있더라도 기압 때문에 빨리 증발하게 된다. 과학자들은 과거의 화성은 물이 풍부하고 대기도 지금보다 컸으리라고 추측한다. 대기의 주성분인 이산화탄소가 얼어 거대한 극관 을 형성하는 과정이 양극에서 교대로 일어나고 이산화탄소는 눈층을 형성하고 봄이 되면 증발한다.

화성의 궤도 이심률은 약 7%로 상대적으로 큰 편이다. 태양계에서 이보다 더 이심률이 큰 궤도를 가지는 행성은 수성밖에 없다. 태양까지의 평균거리는 약 2억 2천만 km(1.5 천문단위)이며, 공전 주기는 686.971일이다. 화성의 태양일(솔; sol)은 지구보다 약간 길어서 24시간 37분 22초 정도이다.

화성의 자전축은 25.19도만큼 기울어져 있어서 지구의 기울기와 거의 비슷하다. 그 결과 화성에서는 지구와 마찬가지로 계절이 나타난다. 하지만 공전 각속도가 느리기 때문에 계절의 길이는 지구에 비해 약 2배정도 된다.

포보스(Phobos)와 데이모스(Deimos)가 화성의 위성이다. 이들은 늘 달 쪽으로 같은 면을 향하고 있다. 포보스의 화성 주위 궤도가 화성 자체가 자전하는 속도보다 빠르며 아주 서서히 그러나 꾸준히 화성에 가까워지고 있다. 언젠가 미래에는 포보스가 화성 표면에 충돌하게 될 것이라고 예측한다. 반면에 데이모스는 충분히 멀리 떨어져 있고 서서히 멀어지고 있다.

액체상태의 물의 존재를 가지고 생명가능성을 논의한다. 이러한 생명가능성을 논하는 곳은 생명가능지대의 안에 존재하는 곳이다. 태양의 생명가능지대는 금성을 넘은 곳부터 시작하여 화성 부근까지 존재한다. 화성은 근일점에 도착하였을때, 이 지대 안으로 들어가게 된다. 하지만 화성의 옅은 대기가 액체상태의 물이 화성의 표면에 존재하는 것을 막는다. 화성의 과거 물의 흐름은 생명거주의 가능성을 보여준다. 최근 연구는 화성에 존재하는 물은 너무 염도가 높거나 산도가 높아 생명체가 존재할 수 없다는 것을 보여주었다.

화성에는 자기권 이 없기 때문에 강렬한 태양풍을 막을 수 없다. 또한 화성의 옅은 대기로 인한 낮은 대기압으로 화성의 표면에 액체상태의 물의 형태가 유지 될 수 없다. 지질학적으로 화성의 화산 활동은 종결되어 화성의 내부 화학물질이 화성의 표면으로 순환이 되지 않는다. 이러한 이유로 인하여 화성의 생명체의 존재 가능성은 희박하다고 할 수 있다.

여러 증거로부터 미루어 볼 때 화성이 과거에는 지금보다 더 생명이 살기에 적합한 환경이었던 것으로 추정되었으나, 지금까지는, 실제 화성에 생명이 존재한 적이 있는가 하는 질문에 대해서는 아직 확실한 답을 얻지 못하고 있다. 바이킹 탐사선은 70년대 중반에 화성 표면에서 미생물을 탐지하기 위한 실험을 수행하여, 과학자들 사이에서 많은 논쟁이 되고 있다. 존슨 우주센터 연구소는 화성에서 날아왔을 것으로 추정되는 운석 AL 빨리 분해되기 때문에 소량의 이들 분자는 화성에 생물이 사는 증거로 여겨질 수 있으나, 이들 원소는 화산이나 사문함화작용 같은 지질학적 작용에 의해서도 공급될 수 있다.

화성은 생물이 살기에 부적합한 특성 역시 가지고 있다. 화성의 위치는 태양의 거주 가능 지대보다 0.5 천문단위정도 멀리 떨어져 있고 물은 얼어 있다.

다른한편으론, 아직 생명체가 존재하고 있다는 주장의 근거로, 대기에서 메탄의 검출을 든다.

그러나, 이는 지질활동이 멈춘 화성의 환경에서 자연적으로 발생할 수 없으며, 생명활동에 의해서만 공급되므로, 안면석이나 화성 피라미드와 같은 음모론적인 가설도 있으나 과학적인 의미로 주목받지는 못하다.

바이킹 1호 착륙선이 전송한 사진
1978년 2월 11일 Sol 556에서 촬영

지금까지 인류는 다수의 로봇 탐사선을 화성에 보냈고, 그중 몇몇은 대단한 성과를 거두었지만, 탐사의 실패율은 매우 높았다. 실패 사례 중 몇은 명백한 기술적 결함에 따른 것이었지만, 많은 경우 연구자들은 확실한 실패 이유를 찾을 수 없었다. 그래서 이런 사례는 지구-화성 " 버뮤다 삼각지대" 혹은 화성탐사선을 먹고 사는 은하귀신(Ghoul)라는 농담을 낳았다. 화성 로봇 탐사의 역사를 이해하기 위해서는, 발사 시간대가 약 2년 남짓(화성의 공전 주기)의 기간을 주기로 발생한다는 사실을 알아두어야 한다.

1960년 소련은 두 기의 탐사선을 화성궤도를 지나쳐 돌아오는 계획으로 발사하였으나, 지구궤도에 도달하는 데에 실패한다. 1962년 소련은 세 기를 더 시도하지만, 실패했다. 두 기는 지구 궤도에 머물렀고, 나머지 하나는 화성을 돌아오는 동안 지구와의 교신이 끊어졌다. 1964년 에 또 한번의 시도가 실패한다.

매리너 4호는 1965년 6월 14일 화성을 지나며, 다른 행성의 근접 사진을 최초로 찍어냈다. 오랜 기간 동안 작은 테이프 레코더에 기록된 그 사진들은 달 모양의 분화구들을 보여 주었다. 그 분화구 들 중 몇몇은 서리가 덮여 추운 화성의 밤을 보여주었다.

1976년에 두 대의 바이킹 호 가 화성 궤도에 들어가 각각 착륙 모듈을 내려 화성 표면에 내려 앉았다. 이 임무를 통해 인류는 첫 번째 컬러 사진과 더욱 확장된 과학적 정보를 얻을 수 있었다.

소비에트 연방 의 화성 탐사 계획에서 발사한 우주선들은 바이킹보다 몇 년 일찍 수많은 착륙을 시도했다. 그러나 매리너 계획이 수행했던 것보다 성공적인 결과를 얻지는 못했다.

마스 패스파인더는 1997년 7월 4일 에 화성에 착륙하여, 소저너라는 매우 작은 원격 조정체를 움직여 착륙 지점 주위의 몇 미터를 여행하고, 화성의 환경 조건을 탐색하고 표면의 돌들을 수집해왔다.

다음 탐사는 마스 글로벌 서베이어(Mars Global Surveyor)에 의해 이루어졌다. 이 임무는 20여 년간의 화성 탐사역사에서 첫 번째로 성공적인 것이었고, 1996년 11월 7일에 발사되어 1997년 9월 12일에 화성 궤도에 도달하였다. 1년 반 정도가 흐른 후, 회전 궤도가 타원형에서 원형으로 자리를 잡았고, 우주선은 1999년 3월부터 기초적인 매핑 임무에 돌입했다. 우주선은 화성을 화성력으로 1년, 지구력으로는 거의 2년간 저고도에서 관찰했다. 마스 글로벌 서베이어호는 최근인 2001년 1월 31일 그 기초적인 임무를 완료하고 현재는 2단계 임무를 수행하고 있다.

이 탐사는 화성 표면, 대기권, 그리고 내부에 대한 전체적인 연구를 수행하고, 지난 탐사 계획에서 거둬들인 모든 결과물보다 더 많은 데이터를 가져왔다. 이 가치있는 데이터들은 마스 글로벌 서베이어: MOLA 에서 찾아볼 수 있다.

2008년 7월 31일 미국 국립항공우주국은 화성탐사선 피닉스 가 화성에 물이 존재함을 확인하였다고 발표했다. 피닉스는 2008년 11월 10일 임무가 종료되었다.

2021년 2월 퍼서비어런스(Perseverance) 화성 탐사차가 화성착륙에 성공하였다. 퍼서비어런스는 화성 탐사차 로 2020년 7월 30일 지구를 떠나 2021년 2월 18일 화성에 착륙하였다. 이로써 인간이 어떤 조건으로 착륙해야 되는지 등을 탐색하는등 유인 탐사선 계획등에 주요한 정보를 제공하였다.

기원전 1600년경에 화성에 대한 관측이 시작되었다고 여겨지며, 화성은 불과 같이 붉게 빛나고 다른 천체와 달리 하늘 에서 이상하게 움직인다고 알려졌다.

바빌로니아인은 이미 기원전 400년경에 천문현상을 연구했었으며 일식, 월식과 같은 천문현상을 예측하기 위해 고도로 발달된 방법을 사용하였다. 그들은 그들의 달력과 종교적인 이유에서 그들을 주의깊게 연구하였다. 그러나 그들이 목격한 현상에 대해서 깊게 분석한다거나 설명하려고 하지는 않았다. 바빌로니아인들은 화성을 네르갈(Nergal, '위대한 영웅' 또는 '전쟁의 왕.' 원뜻은 '커다란 집의 주인')이라 불렀다.

이집트인은 별이 "고정된" 듯이 보이며, 태양이 고정된 별에 대하여 상대적으로 이동한다고 생각했다. 또한 그들은 하늘의 5개의 빛나는 천체가 고정된 별 사이를 움직인다는 것을 알았다. 이집트인은 화성을 Har Decher(붉은 것) 혹은 '죽음의 별'이라고 불렀다.

그리스인은 화성을 전쟁의 신의 이름을 따서 아레스(Ares)라고 불렀다. 로마에서도 이 이름을 그대로 번역하여 화성을 마르스(Mars)라고 불렀고, 이는 지금까지 화성의 영어 이름으로 존재하게 된다. 화성의 기호는 마르스의 방패와 칼로 여겨진다.

조반니 스키아파렐리(Giovanni Virginio Schiaparelli, 1835년~1910년)는 1877년, 화성에서 "canali"로 보이는 것이 발견되었다고 발표했다. 이 단어는 이탈리아어로 "운하들"을 뜻하며 영어로는 "canals, waterways" 가 된다. 당시 수에즈 운하도 건설되던 차 화성 탐사 열풍이 시작되었다.

※ 동양의 고대기록에는 낮에 화성을 본 것이 있으나, 검증결과 금성의 착오였으며, 화성을 낮에 맨 눈으로 본다는 것은 사실상 불가능하다.

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화성 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

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https://www.youtube.com/watch?v=S_IBk0RCsOo

▶ 주제 : 지구와 달
좋아하는 사람을 "지구"에 빗댄 노래예요. 당연히 그렇다면 노래를 부르는 사람(화자)은 "달"이 되겠지요. 달이 지구의 주위를 돌고 있다는 내용이 가사에 잘 나타나져 있어요.

"넌 나의 지구야, 내 하루의 중심"
"고개를 돌릴 수가 없어, 난(달) 너(지구)만 보잖아~"

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러블리즈(Lovelyz) "Destiny (나의 지구)" Official MV

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태양계의 중심에 있으며, 태양계에서 유일하게 스스로 빛을 내는 천체에요. 태양을 이용해 전기를 만들기도 하고, 태양은 물이 순환하도록 도와주기도 해요. 또한 일광욕을 하거나, 낮에 축구를 할 수 있는 것도 태양 덕분이랍니다!

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https://astro.kasi.re.kr/learning/pageView/5145

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화성은 영화와 소설의 소재로 많이 쓰이며, 태양계 행성 중 우리의 관심을 가장 많이 끈 행성이다. 지구에 가장 가까이 있고, 여러 가지 에피소드에 의해 생명의 존재 가능성이 제기되어 신비감과 공포감을 동시에 가져다 준 행성이 바로 화성이다. 이러한 관심은 마리너 6, 7, 8, 9호, 바이킹 1, 2 호 등 많은 우주선들이 화성을 탐사를 이끌어 냈고, 현재 화성에는 생명체가 없다는 것으로 알려지기는 했지만, 계속되는 생명체에 대한 관심과 제2의 지구라는 생각으로 여러 우주선들의 화성 탐사를 유도했다. 그리하여 화성에 대한 더 많은 자료를 확보함으로써 화성 연구에 많은 진척을 가져 왔고, 지금도 우주선들이 화성을 탐사하고 있다.

화성의 이름 Mars는 로마신화의 신 마르스(그리스 신화의 전쟁의 신 아레스)에서 따온 이름이다. 이는 화성의 모습이 붉게 보여서 전쟁의 불길, 또는 피를 연상하기 때문에 지어진 것이다. 그리고 아레스의 두 아들 포보스와 데이모스는 화성의 두 위성의 이름이다.

동양에서 화성은 오행설에 근거한 초자연적인 명칭으로 학문상(천문사료)에서는 형혹(熒惑) 또는 형혹성이라 하였다. 화성이 전갈자리의 안타레스(황도 근처에 위치하기 때문에)에 접근하는 것을 형혹수심(熒惑守心)(형혹심을 지킨다)이라고 하여 불길한 전조라고 했다. '심'이란 안타레스가 소속한 성관(중국의 별자리)중 심수(이십팔수 중 하나로 동방청룡 칠수의 제5수)를 말한다.

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제2의 지구 | 화성 | 태양계 | 천문학습관 | 천문우주지식정보

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화성은 영화와 소설의 소재로 많이 쓰이며, 태양계 행성 중 우리의 관심을 가장 많이 끈 행성이다. 지구에 가장 가까이 있고, 여러 가지 에피소드에 의해 생명의 존재 가능성이 제기되어 신비감과 공포감을 동시에 가져다 준 행성이 바로 화성이다.

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https://namu.wiki/w/%EB%AA%A9%EC%84%B1

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https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%AA%A9%EC%84%B1

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목성

모항성
태양

궤도 긴반지름(a)

5.204267 AU
(778,547,200 km)

근일점(q)

4.950429 AU
(740,573,600 km)

원일점(Q)

5.458104 AU
(816,520,800 km)

공전 주기(P)

11.8618년
4,332.59 일
10,475.8 목성일

궤도 경사(i)

1.305°( 황도 기준)
6.09°( 태양의 적도 기준)

위성 수
95개

표면적

6.141,9 × 10 ¹⁰ km ²

부피

1.431,3 × 10 ¹⁵ km ³

평균 밀도

1.326 g/cm ³

질량

1.8986 × 10 ²⁷ kg

표면 중력

24.79 m/s ²

자전 속도

12.6 km/s

평균 온도

165 K
(−108 °C)

대기압

20 ~ 200 kPa

구성 성분

수소, 헬륨, 메테인 등

목성은 주로 수소로 이루어져 있다. 헬륨은 목성을 이루는 전체 분자 개수의 십분의 일 정도만을 차지하지만 목성의 질량의 사분의 일을 차지한다. 그리고 목성은 중원소로 이루어진 암석형 핵을 가지고 있으며, 다른 거대행성들과 같이 뚜렷한 고체 표면이 없다. 빠른 자전으로 인해서 행성의 모양은 편구(적도의 팽대부가 약간 눈에 띄는) 모양이다. 외곽 대기는 위도에 따라 몇가지의 띠들로 눈에 띄게 구분되는데, 서로 상호작용하는 경계선을 따라 발생하는 난류와 폭풍에 의한 것이다. 그로 인해 발생한 유명한 결과물로는 대적점이 있는데, 대적점은 적어도 망원경을 통해 최초로 관측된 17세기부터 존재한 거대한 폭풍이다. 목성의 주변은 희미한 고리계와 강력한 자기권이 있다. 목성은 1610년에 갈릴레오 갈릴레이가 발견한 가장 큰 네 개의 갈릴레이 위성을 포함하여 적어도 79개의 위성을 가지고 있다. 이들 중 가장 큰 가니메데의 직경은 행성인 수성 의 직경보다도 크다.

지구와 그 주변의 행성들은 목성과 충돌로 인해 파괴된 태양 근처의 슈퍼지구들의 잔재로부터 형성되었다. 과학자들이 대전이 가설( Grand Tack Hypothesis)이라고 부르는 가설에 따르면 목성이 태양계 안쪽으로 침투하면서 중력에 의한 잡아당김과 끌기로 인해 슈퍼지구들의 궤도가 겹쳐지기 시작하면서 이들 사이에서 여러 충돌이 발생하였다.

천문학자 들은 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 있다. 목성과 같은 거대기체행성 또한 종종 모성과 가까이서 발견된다.

목성이 태양계 안쪽에서 튕겨져 나오면서 지구를 포함한 내행성들이 형성될 수 있었다.

목성은 주로 기체 및 액체 물질로 이루어져 있다. 목성의 직경은 적도에서 142,984 km (88,846 mi)이다. 밀도는 1.326 g/cm ³으로, 태양계의 거대행성 중에서 두번째로 크지만 지구형 행성 의 밀도보다는 낮다.

목성의 상층부 대기는 약 88 ~ 92%의 수소와 8 ~ 12%의 헬륨으로 이루어져 있다. 참고로 이는 개수밀도 조성비인데, 헬륨 원자가 수소 원자보다 네 배나 무겁기 때문에 질량비로 조성을 기술할 때 다른 원자에 의해서 조성이 바뀌기 때문이다. 질량에 따른 목성의 대기는 약 75%의 수소와 24%의 헬륨으로 구성되어 있으며, 나머지 일 퍼센트만이 다른 원소들로 이루어져 있다. 목성의 내부는 밀한 물질들로 이루어져 있는데, 그 질량의 대략 71%가 수소, 24%가 헬륨, 5%가 다른 원소들로 이루어져 있다. 목성의 대기는 미량의 메테인, 수증기, 암모니아, 규소화합물을 포함하며, 또한 미량의 탄소, 에테인, 황화수소, 네온, 산소, 포스핀, 황 등으로 이루어져 있기도 하다. 대기의 최외곽층은 얼음 암모니아 결정을 포함한다. 적외선 및 자외선 분석을 통해서는 미량의 벤젠과 탄화수소 들이 발견되기도 한다.

대기의 수소 및 헬륨의 비율은 원시태양 성운의 이론적인 조성과 가깝다. 상층부 대기의 네온은 질량비로 단 20 ppm을 차지하는데, 이는 태양의 십분의 일정도다. 헬륨 또한 태양의 헬륨 조성의 약 80% 정도로 감소하였는데, 이러한 감소는 행성 내부로 원소들이 침전 된 결과이다.

목성의 질량은 태양계의 다른 모든 행성을 합한 질량의 2.5 배로, 태양과 목성의 무게중심이 태양의 중심으로부터 1.068 태양 반지름, 즉 태양의 표면 위에 자리잡게 만들 만큼 매우 무겁다. 목성은 크기가 지구보다 훨씬 크지만 밀도는 상당히 낮다. 목성의 부피는 지구의 약 1,321 배이지만 질량은 지구보다 단 318 배 밖에 크지 않기 때문이다. 목성의 반지름은 태양의 반지름의 약 1/10 배이며, 그 질량은 태양의 질량의 0.001 배이다. 따라서 두 천체의 밀도는 비슷하다. 목성의 질량( 또는 )은 다른 천체, 특히 외계행성과 갈색왜성의 질량을 기술할 때 종종 사용된다. 예를 들면 외계행성 HD 209458 b의 질량은 0.69 이며, 안드로메다자리 카파 b 의 질량은 12.8 이다.

여러 이론 모형들은 목성이 현재보다 훨씬 더 무거웠다면 그 크기가 줄어들었을 것임을 시사한다. 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 된다. 결과적으로, 목성은 지난 역사와 조성을 통해 그만한 질량을 가졌기 때문에 직경이 큰 것으로 여겨진다. 만약 질량을 끌어모으면서 수축하는 과정이 계속해서 진행된다면, 핵융합이 발생하여 약 50 목성질량에서 고질량 갈색왜성 이 된다.

목성이 수소 핵융합을 하여 별이 되기 위해서는 75 배나 더 무거워야 하지만, 가장 작은 적색왜성은 목성의 반지름의 약 30 퍼센트 밖에 크지 않다. 이에 불구하고 목성은 태양으로부터 받는 열보다 더 많은 열을 복사하고 있다. 내부에 만들어진 열량은 목성이 받는 태양 복사에너지와 맞먹는다. 이런 열은 수축을 통한 켈빈-헬름홀츠 기작 에 의해 발생한 것이다. 이 과정으로 목성은 연간 약 2 센티미터씩 수축한다. 처음 형성되었을 때 목성은 더 뜨거웠고 현재 지름의 두 배정도로 컸을 것이다.

목성은 여러 원소들이 혼합된 고밀도의 핵과 그 주변의 액상 금속성 수소층, 대부분 수소분자로 구성된 외곽층으로 이루어진 것으로 여겨진다. 이런 구조에 관해 더 상세한 내용은 아직까지도 상당한 불확실성이 존재한다. 핵은 보통 암석형으로 기술되지만, 상세한 조성은 그 깊이의 온도 및 압력에서 물질의 특성을 알 수 없기 때문에 불명이다. 1997년, 핵의 존재가 여러 중력측량을 통해 주장되었는데, 그 질량은 지구의 질량의 12~45 배 또는 목성의 총질량의 대략 4~14 %이다. 핵의 존재는 최소한 목성의 역사 부문에서 행성의 형성 모형을 통해 제기되는데, 모형에서 원시태양 성운 으로부터 대량의 수소와 헬륨을 끌어모을 정도로 무거운 암석형 또는 얼음형 핵의 형성이 요구되기 때문이다. 핵이 존재한다고 가정하면, 용융 상태의 핵은 그와 혼합된 뜨거운 액상 금속성 수소의 대류로 인해 수축하며 행성 내부에서 높은 수준의 구조를 지니게 된다. 여러 중력측량들이 전반적으로 그 가능성을 배제할 만큼 정밀하지 않기 때문에 핵에 관해서는 지금도 전적으로 불명이다.

이런 모형의 불확실성은 지금까지 측정된 변수들의 오차와 상관있다. 회전계수 중 하나(J ₆)는 행성의 중력모멘트, 적도 반경, 1 바의 압력에서의 온도를 기술하는데 사용된다. 2016년 7월에 목성에 도달할 것으로 예정된 주노 의 임무로 핵에 관한 더 나은 모형을 위해 이러한 변수들의 값은 정밀하게 제한될 것이다.

핵 영역은 밀한 금속성 수소 로 둘러싸여 있는데, 이 층은 목성의 반지름의 약 78%까지 뻗어 있다. 비와 유사한 헬륨 및 네온 액적이 이 층을 통해 쏟아지면서 상층부 대기에서 이러한 원소의 양이 감소하였을 것이다.

금속성 수소층 위에는 수소로 이루어진 투명한 안쪽 대기가 자리잡고 있다. 이 깊이에서의 온도는 수소에 대해 단 33 K인 임계온도 이상이다. 이 상태에서 액체 및 기체의 상은 구별할 수 없다. 때문에 여기서 수소는 초임계 유체 상태에 있다고 일컫는다. 수소는 구름층에서 약 1,000 km 아래까지 뻗어 있는 상층부에서는 기체로 취급되고, 그보다 아래에 있는 층에서는 액체로 취급된다. 물리학적으로 그 경계는 명확하지 않다. 기체는 하강하면서 매끄럽게 뜨거워지고 밀해지기 때문이다.

목성 내부의 온도와 압력은 켈빈-헬름홀츠 기작으로 인해 핵쪽으로 급격하게 증가한다. 10 바 수준의 "표면" 압력에서, 온도는 약 340 K이다. 수소가 임계점 이상으로 가열되어 금속성을 띠게 되는 상전이 영역의 온도는 10,000 K이며 압력은 200 GPa 로 추정된다. 핵의 경계에서의 온도는 36,000 K, 압력은 대략 3,000~4,500 GPa로 추정된다.

액상 금속성 수소층에 덮힌 암석형 핵을 가진 목성의 내부에 관한 모형을 묘사한 그림.

목성은 고도가 5,000 km 이상에 이르는 태양계에서 가장 큰 행성대기를 가지고 있다. 지표면이 없기 때문에, 대기의 시작점은 주로 대기압이 1 MPa (10 바), 또는 지구의 표면 압력의 열 배에 해당하는 지점으로 간주된다.

보이저 1호가 1979년 2월 25일에 목성 상공 920만 킬로미터에서 촬영한 목성의 대적점과 그 주변. 대적점 바로 아래의 하얀 타원형 폭풍은 지구와 직경이 거의 같다.

목성은 암모니아 결정 및 아마 황화수소암모늄으로 구성된 구름에 영구적으로 뒤덮혀 있다. 이 구름들은 대류권계면에 위치해 있으며 열대 지역으로 알려진 서로 다른 위도에 있는 띠들에 따라 배열된다. 이들은 밝은 색조의 대( zone)와 어두운 색조의 띠( belt)로 나뉜다. 이들의 충돌 순환 패턴의 상호작용으로 폭풍과 난류가 유발된다. 국지 제트(zonal jet)에서는 풍속 100 m/s (360 km/h)의 바람이 흔하게 발생한다. 대는 폭과 색깔, 색의 강도가 해마다 변하는 것으로 관측되어 왔는데, 과학자들이 이를 확인하기에 충분할 정도로 안정적으로 남아있다.

목성의 역회전하는 구름띠들의 운동을 보여주는 애니메이션. 여기서 목성의 표면은 원통도법으로 표현되었다. 더 크게보기: 720 픽셀, 1799 픽셀.

구름층은 약 50 km의 두께를 가지며, 두껍고 낮은 층과 얇고 깔끔한 영역, 최소한 두 개의 구름층으로 이루어져 있다. 또한 암모니아층 아래에는 얇은 구름층이 있을 것으로 여겨지는데, 목성의 대기에서 감지된 번개의 섬광을 통해 추측된 것이다. 번개가 발생하기 위해서는 물의 극성 으로 인해 전하분리가 일어나야하기 때문이다. 이들의 방전은 지구에서 발생하는 번개의 수천 배에 이를 정도로 강력하다. 물구름은 내부에서 가열된 열을 통해 뇌우를 일으킬 수 있다.

목성의 구름에서 띠는 오랜지 및 갈색은 용승하는 화합물이 태양의 자외선에 노출되어 변색되면서 발생한 것이다. 정확한 성질에 관해서는 아직까지 불확실하지만 이들의 실체는 인, 황 또는 아마 탄화수소일 것으로 여겨진다. 발색단으로 알려져 있는 이러한 다채로운 화합물들은 따뜻한 낮은쪽의 구름층과 섞이게 된다. 대는 상승 대류세포 가 암모니아를 결정화하여 낮은 구름층을 가리게 만들 때 형성된다.

대적점과 그 외 소용돌이

목성의 대적점은 시간이 흐르면서 그 크기가 줄어들고 있다.[42]

목성의 가장 유명한 특징은 대적점이다. 대적점은 오랫동안 유지되고 있는 고기압성 폭풍으로, 적도를 기준으로 남위 22˚에 위치해 있으며 지구보다 더 크다. 대적점은 최소한 1831년, 또는 1665년 이후부터 존재해왔다. 허블 우주 망원경이 여러차례 촬영한 사진에서는 대적점과 인접해 있는 두 개의 "적점"( red spot)이 드러나기도 했다. 대적점은 12 cm 이상 구경 의 지상 망원경을 통해서 볼 수 있을 만큼 크다, 여러 수학적 모형들은 이 폭풍은 안정적으로 목성의 영구적인 특징일 것이라고 시사한다.

보이저 1호가 1달 이상 촬영한 목성의 모습. 대기의 띠의 운동과 대적점의 회전을 볼 수 있다. 최대 크기

달걀형의 폭풍인 대적점은 약 6일 주기 로 반시계방향으로 회전한다. 대적점의 크기는 24~40,000 km × 12~14,000 km로, 지구를 둘 또는 세 개나 품을 수 있을 정도이다. 이 폭풍의 최대 고도는 주변의 구름 꼭대기에 대해서 약 8 km이다.

대적점과 같은 폭풍( oval)들은 거대행성의 난류성 대기 에서 흔히 발생한다. 목성 또한 이름이 붙여지지 않을 정도로 작은 갈색 및 백색의 폭풍들을 가지고 있다. 백색 폭풍은 상대적으로 차가운 상층부 대기의 구름을 포함하는 경향이 있으며, 갈색 폭풍은 따뜻한 "보통의 구름층"에 위치해 있다. 이러한 폭풍들은 수 시간정도로 짧게 지속되거나 수 세기까지 지속될 수 있다.

보이저 의 탐사로 대적점이 하나의 폭풍이었다는 것이 알려지기 전에도, 대적점이 다른 부분의 대기에 대해 다른 방향으로 회전하고 때때로 빠르거나 더 느리게 회전함으로써 행성의 표면의 어떠한 깊은 특징과 연관되지 않았다는 강력한 증거가 있었다.

2000년에 목성의 남반구에서 발생한 대기 현상은 대적점의 외양과 비슷하나 그보다 더 작은데, 세 개의 작은 백색 달걀형 폭풍들(1938년에 처음으로 관측됨)이 병합하면서 더 크게 만들어진 것이다. 이 폭풍은 오벌 BA 라 명명되고, 주니어 적점(Red Spot Junior)이라는 별명이 붙여졌다. 오벌 BA는 색의 강도가 증가한 이후로 색깔이 백색에서 적색으로 변화하였다.

목성의 고리

목성은 이루어진 희미한 고리계를 가지고 있다. 목성의 고리는 크게 세 부분으로 나뉘는데, 헤일로( halo)로 알려져 있는 안쪽의 입자 토러스와, 상대적으로 밝은 큰 고리, 외곽의 매우 가는 고리가 있다. 이러한 고리들은 토성의 고리에서 볼 수 있는 얼음보다는 티끌로 이루어진 것으로 보인다. 큰 고리는 목성의 위성인 아드라스테아와 메티스에서 방출된 물질로 이루어진 것으로 보인다. 보통 위성으로 되돌아갈 물질은 목성의 강력한 중력으로 인해 끌어당겨진다. 때문에 물질의 궤도는 목성으로 크게 틀어지게 되고 추가적인 충돌로 인해 새로운 물질이 유입된다. 비슷한 방법으로, 위성인 테베와 아말테아 역시 두 개의 희미한 티끌 고리를 형성했을 것이다. 또한 아말테아의 궤도와 일치하는 암석형 고리의 증거가 있는데, 이 고리는 아말테아의 충돌 부스러기를 포함하고 있을 것이다.

목성의 오로라. 표시된 밝은 세 점들은 위성인 이오(좌측), 가니메데(하단), 유로파(하단)와 연결된 자속관(magnetic flux tube)에 의해 형성된 것이다. 그리고 주폭풍(main oval)이라고 불리는 매우 밝은 원형의 영역과 그 속의 희미한 오로라가 보인다.

목성의 자기장은 적도에서 4.2 가우스(0.42 mT), 극에서 10~14 가우스(1.0 1.4 mT)에 이르기 때문에 지구의 자기장보다 14 배나 강하며, 태양계에서 흑점을 제외하고 가장 강력하다. 이러한 자기장은 액상 금속성 수소핵 속 물질들의 소용돌이 운동으로 인한 맴돌이 전류에 의해 발생하는 것으로 여겨진다. 목성의 위성인 이오의 화산활동으로 대량의 이산화황이 방출되면서 위성의 궤도를 따라 기체 토러스가 만들어지는데, 이 기체는 목성의 자기권에서 이온화되어 황이온과 산소이온이 된다. 이들은 목성의 대기에서 기원한 수소이온과 함께 목성의 적도면에 플라스마판(plasma sheet)을 형성한다. 판 속의 플라스마는 목성에 대해 반대로 회전하기 때문에 쌍극자 자기장을 자기원반의 자기장으로 변형시킨다. 플라스마판 속의 전자는 강력한 전파를 방출하여 0.6~30 MHz 범위에서 폭발을 일으킨다.

목성의 중심으로부터 약 75 목성반경 지점에서 자기권과 태양풍의 상호작용으로 활꼴 충격파가 발생한다. 목성의 자기권 주변은 자기권 외피층(자기권과 활꼴 충격파 사이의 영역)의 안쪽 가장자리에 위치해 있는 자기권계면으로 덮혀있다. 이 영역과 태양풍이 상호작용하면서 목성의 태양 반대편 자기권은 길게 늘여지게 되는데, 거의 토성 의 궤도에 이를 정도로 길게 뻗는다. 목성의 가장 큰 네 위성은 모두 목성의 자기권 속을 공전하기 때문에 태양풍으로부터 안전하다.

목성은 태양과의 무게중심이 태양의 체적 바깥에 위치한 유일한 행성으로, 그 무게중심은 태양 표면으로부터 태양 반지름의 7% 밖에 위치한다. 목성과 태양 사이의 평균 거리는 7억 7,800만 km(지구와 태양 사이의 평균 거리의 5.2배, 즉 5.2 AU)이며 11.86년마다 한 번씩 공전을 완주한다. 이 주기는 토성의 공전주기의 2/5배로, 즉 태양계에서 가장 큰 두 행성은 5:2 궤도공명을 이루고 있다. 목성의 타원궤도는 지구에 대해 1.31˚ 기울어져 있다. 0.048의 궤도이심률 때문에 태양에 대한 목성의 거리는 가장 가까운 지점( 근일점)에서부터 가장 먼 지점( 원일점)까지 약 7,500만 킬로미터 차이난다.

목성은 고체가 아니기 때문에 행성의 상층부 대기는 차등회전을 겪는다. 목성의 극 대기의 자전은 적도 대기의 자전보다 주기가 5분 더 길다. 그래서 특히 대기 현상의 운동을 도표화 하기 위해서 세가지 계가 기준 좌표계로 사용된다. 제일회전계( System I)는 북위 10˚에서 남위 10˚까지 적용된다. 제일회전계의 자전주기는 9시간 50분 30초로 목성에서 가장 짧다. 제이회전계( System II)는 그 외의 모든 위도에서 적용되는데, 자전주기는 9시 55분 40.6초이다. 제삼회전계( System III)는 전파천문학자 들이 처음으로 밝혀낸 것으로, 목성 자기권의 자전과 상관있다. 제삼회전계의 자전주기는 목성의 공식적인 자전주기로 쓰인다.

지구는 태양을 공전하면서 목성을 398.9일 마다 한 번씩 추월하는데, 이 주기를 회합주기라고 한다. 이런 과정에서 지구에서 목성은 배경별에 대해 올가미 형태의 역행 운동 을 하는 것처럼 보인다.

목성의 궤도가 지구의 궤도의 바깥에 있기 때문에 목성의 위상각은 지구에서 봤을 때 절대 11.5˚를 넘을 수 없다. 즉, 목성은 지구에서 망원경으로 관찰할 때 항상 거의 보름달처럼 보인다. 때문에 우주선 탐사를 통해서만 목성의 초승달에 가까운 위상을 볼 수 있다. 보통 작은 망원경을 통해서 목성의 네 갈릴레이 위성과 목성의 대기상의 커다란 구름띠를 볼 수 있다. 좀 더 큰 망원경을 통해서는 목성의 대적점 을 볼 수 있기도 하다.

망원경 발명 이전의 연구

지구(⊕)에 대한 목성(☉)의 경도 운동을 설명하기 위한 알마게스트 모형.

목성에 관해 기록된 첫 관측 자료들은 기원전 7세기에서 8세기 경 바빌로니아의 천문학자들이 작성하였다. 고대 중국에서는 목성을 세성(歲星, Sui-xing)으로 표기하였다. 그리고 4세기 경 황도 부근의 하늘을 열두 개의 영역으로 나누었는데, 여기서 목성은 매년 한 영역을 통과한다. 중국의 역사가 시저쭝(席澤宗)은 고대 중국의 천문학자인 감덕(甘德)이 기원전 362년 경에 목성의 위성 중 하나를 나안으로 발견하였다고 주장하였다. 그의 주장이 확실하다면, 갈릴레오 위성은 갈릴레오가 발견했던 것보다 약 2,000년이나 더 앞서 발견되었음을 의미한다. 2세기 경 헬레니즘 시대의 천문학자 클라우디오스 프톨레마이오스는 를 저술하는 동안 지구에 대한 목성의 운동을 설명하고 약 4332.38 일 또는 11.86 년에 해당하는 공전주기를 계산하기 위해 대원과 주전원에 기반한 천동설 모형을 도입하였다. 499년, 인도의 수학자 겸 천문학자인 아리아바타 역시 목성의 공전주기를 계산하기 위해 천동설 모형을 이용하였다.

지상 망원경을 이용한 연구

1610년, 갈릴레오 갈릴레이는 망원경을 이용하여 목성의 가장 큰 네 위성( 갈릴레이 위성)을 발견하였다. 이는 지구 외 다른 행성의 위성에 관해 망원경을 이용한 첫 관측으로 여겨지고 있다. 갈릴레오의 발견 이후 시몬 마리우스가 별개로 목성 주변의 위성을 발견하였으나, 그의 발견은 1614년 저서에 기록되기 전까지 발표된 적이 없었다. 그러나 마리우스가 붙인 네 위성의 명칭, 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토는 오늘날까지 사용되고 있다. 또 이들의 발견은 겉보기에 지구를 중심으로 하지 않는 천구운동에 관한 첫 발견이기도 하다. 이러한 발견은 행성의 운동에 관한 코페르니쿠스의 태양중심설이 지지받기 시작하는 중요한 시점이었다. 이러한 노골적인 코페르니쿠스의 이론의 지지로 갈릴레오는 종교재판 의 위협에 처했었다.

1660년대에는 카시니가 새로운 망원경을 이용하여 목성의 점들과 다채로운 띠를 발견하였으며 목성이 편구 모양, 즉 극 부분이 평평한 것처럼 보인다는 것을 관측하였다. 또 그는 목성의 자전주기를 측정할 수 있기도 하였다. 카시니는 1690년에 목성의 대기가 차등회전 을 겪고 있다는 것을 기록하였다.

1665년과 1708년 사이의 여러 관측에 따르면 적점을 찾을 수 없었다고 한다. 이후 1878년에 크게 뚜렷해졌으나, 1883년과 20세기 초에 다시 희미해졌었다.

지오반니 보렐리와 카시니는 목성의 위성이 목성의 앞뒤를 언제 통과하는지 예측할 수 있도록, 목성의 위성들의 운동에 관해 정밀한 표를 작성하였다. 1670년대에는 목성이 지구에 대해 태양 반대편 위치에 있을 때 목성의 위성들이 목성의 앞뒤를 통과하는 시기가 예측된 것보다 약 17분이나 늦게 발생한 것이 관측되었다. 올레 뢰머는 이를 통해 관찰이 즉각적이지 않음을 추론하였고(카시니는 처음에 이에 대해 동의하지 않았다), 그 시간차를 이용해서 빛의 속도 를 측정하였다.

1892년, E. E. 바너드는 캘리포니아의 릭 천문대의 36 인치(910 mm) 굴절망원경을 통해 목성의 다섯번째 위성을 발견하였다. 이 위성은 후에 아말테아 라 이름 붙여졌다. 아말테아는 안시관측을 통해 직접적으로 발견된 마지막 위성이었다.

ESO의 초거대 망원경(VLT)이 촬영한 목성의 적외선 사진.

1938년에는 백색 폭풍( white oval)이라 불리는 세 개의 고기압성 폭풍이 관측되었다. 이들은 수십년 동안 서로 접근하기도 하였으나 병합은 하지 않으면서, 대기상에서 별개의 현상으로 존재했었다. 그러나 1998년에 두 개의 폭풍이 병합하였고, 2000년에는 남은 하나가 흡수되면서 최종적으로 하나의 더 큰 폭풍, 오벌 BA 가 되었다.

전파망원경을 이용한 연구

1955년, 버나드 버크와 케네스 프랭클린은 22.2 MHz 대역에서 목성에서 오는 전파 폭발 신호를 탐지하였다. 이 폭발의 주기는 목성의 자전주기와 일치하였는데, 이들은 그러한 정보를 통해 목성의 자전속도를 개선할 수 있었다. 목성에서 발생한 전파폭발은 두가지 형태로 나뉘는데, 수 초 정도까지 지속되는 긴 폭발( long burst, L-burst)과 밀리초 이하로 지속되는 짧은 폭발( short burst, S-burst)이 있다.

과학자들은 목성에서 발신된 전파신호가 세가지 유형으로 나뉜다는 것을 발견하였다.

우주 탐사선을 통한 탐사

1973년부터 지금까지 수많은 무인 우주 탐사선들이 목성에 방문하였다. 그 중 가장 유명한 것은 파이오니어 10호로, 처음으로 목성에 가까이 접근하여 태양계에서 가장 큰 행성의 특성과 그곳에서 발생하는 현상을 상세하게 보여준 우주 탐사선이다. 태양계 내의 다른 행성으로 우주 비행을 하기 위해서는 우주선 속도의 순변화량, 또는 델타 v로 표현되는 에너지가 요구된다. 지상에서 지구 저궤도에 이르기 위해 요구되는 델타 v는 9.7 km/s 인데, 지구 저궤도에서 목성까지 호만 전이 궤도로 비행하기 위해서는 6.3 km/s라는 상당한 양의 델타 v가 요구된다. 때문에 이러한 방법으로 목성을 향하기는 어렵다. 그러나 다행히도, 우주 비행에 더 오랜 시간이 소요되긴 하지만 행성의 플라이바이 를 통한 중력도움으로 목성에 도착하는데 필요한 에너지의 양을 줄일 수가 있다.

1973년 초, 몇몇의 우주선들이 행성을 이용한 플라이바이 항법을 통해 목성 관측 범위로 방향을 돌렸다. 이러한 파이오니어 임무를 통해서 목성의 대기와 목성의 위성 일부를 근접 촬영한 모습을 처음으로 얻을 수 있었다. 또한 이를 통해 목성 근처의 방사장(放射場)이 예측되던 것보다 훨씬 강하다는 사실이 밝혀지기도 했는데, 다행히도 목성에 접근한 두 우주선 모두 그러한 환경에서 큰 고장을 일으키지 않았다. 이러한 우주선들의 궤적은 목성계의 질량 측정값을 개선하는데 이용되기도 하였으며, 행성에 의한 전파 엄폐 로 목성의 직경과 극의 편평도에 관해 더 나은 측정값을 얻을 수 있었다.

그로부터 6년 후, 보이저 임무로 갈릴레이 위성에 관한 이해를 크게 개선할 수 있었으며 목성의 고리들을 발견하게 되었다. 또한 이들은 대적점이 고기압성임을 확인해주었다. 이전의 사진과 이들이 촬영한 사진 등 여러 사진의 비교로 적점이 파이오니어 임무 이후로 오렌지색에서 암갈색으로 색조가 변화하였음을 알 수 있다. 뿐만 아니라 이온화된 원자로 이루어진 토러스가 이오의 궤도를 따라 놓여있는 것이 발견되었고, 이오의 표면에서는 일부는 분출 과정에 있는 화산들이 관측되었다. 우주선이 목성의 뒤편을 통과하는 과정에서, 밤측 대기에서 번개 에 의한 섬광이 관측되기도 하였다.

2000년에는 카시니 탐사선이 토성으로 향하는 도중에 목성을 지나면서 그 당시까지 가장 높은 해상도 의 사진을 촬영하였다.

뉴 허라이즌스 탐사선은 명왕성으로 향하기 위해 목성을 지나는 과정에서 목성의 중력 도움을 이용하였다. 탐사선이 목성에 가장 가까이 접근한 때는 2007년 2월 28일이었다. 뉴 허라이즌스 호의 카메라를 통해 이오의 화산에서 분출되는 플라스마를 촬영하였으며 네 갈릴레이 위성에 관해 상세하게 진행되었을 뿐만 아니라, 외곽의 위성들인 히말리아와 엘라라 에 대한 장거리 관측도 이루어졌다. 목성계의 사진 탐사는 2006년 9월 4일부터 시작되었다.

카시니 호에서 본 목성.

지금까지 목성을 공전한 우주 탐사선은 갈릴레오 궤도 탐사선이 유일하다. 갈릴레오 호는 1995년 12월 7일부터 목성의 주변을 공전하기 시작하였다. 7년 이상 행성을 공전하면서 모든 갈릴레이 위성과 아말테아에 대한 여러 회의 플라이바이가 수행되었다. 또한 탐사선은 슈메이커-레비 9 혜성 이 1994년에 목성에 접근하여 충돌하는 모습을 사건을 관찰하기 매우 좋은 위치에서 목격하기도 하였다. 고성능 전파 수신 안테나의 전개 실패로 원래 계획된 탐사 능력에 제한을 받았지만, 갈릴레오 호로부터 얻은 목성계에 관한 정보는 광범위했다.

1995년 7월에는 질량 340 킬로그램의 티타늄제 대기 탐사선이 우주선으로부터 사출되어, 당해 12월 7일에 목성의 대기에 진입하였다. 탐사선은 대기 진입 후 150 km(93 mi)를 약 2,575 km/h(1,600 mph)의 속력으로 낙하하였으며 57.6분 동안 자료를 수집하다가 섭씨 153 도, 23 기압의 압력에서 파괴되었다. 그 후 잔해는 녹아내려 아마 기화하였을 것이다. 갈릴레오 궤도 탐사선 역시 생물이 존재할 가능성이 있을지도 모르는 위성인 유로파 와 충돌하여 오염시킬 가능성을 피하기 위해, 2003년 9월 21일에 목성으로 방향을 돌려 50 km/s 이상의 속력으로 대기 탐사선과 동일한 운명을 맞이하였다.

갈릴레오 임무로 얻은 자료로 수소 가 목성의 대기의 90%까지 차지한다는 사실이 밝혀졌다. 탐사선이 증발하기 전까지 기록된 온도 자료는 섭씨 300도 이상이었으며 풍속은 644 km/h 이상으로 측정되었다.

NASA의 주노 탐사선이 2016년 7월 4일에 목성에 도달하였다. 이후에 극궤도 로 돌면서 목성을 상세하게 탐사할 것이다.

다음에 계획된 목성계에 관한 임무로는 2022년 발사 예정인 유럽 우주국의 목성 얼음 위성 탐사선(JUICE)과, 2025년 NASA의 유로파 클리퍼 임무가 있다.

목성의 위성인 유로파, 가니메데, 칼리스토의 표면 아래에 액체 바다가 존재할 가능성 때문에 얼음 위성에 관한 상세한 연구가 큰 관심을 끌어왔다. 그러나 자금 조달의 어려움으로 인해 그러한 계획은 계속 지연되어 왔었다. 2005년에는 NASA의 목성 얼음 위성 탐사선(JIMO) 계획이 취소되기까지 하였다. 이후에는 NASA와 ESA가 협력하는 방식으로 EJSM/라플라스 공동 임무가 계획되어 대략 2020년 쯤에 실행될 예정이었다. EJSM/라플라스 임무는 NASA가 주도하는 목성 유로파 궤도선과 ESA가 주도하는 목성 가니메데 궤도선으로 구성되어 있었다. 그러나 2011년 4월에 ESA가 공식적으로 NASA와 예산 및 주제를 공유하는 파트너쉽을 종료하면서 임무는 무산되고 예정표만 남게 되었다. 대신 ESA는 이를 골자로 L1 코즈믹 비전 을 완수하기 위해 유럽만의 임무를 추진할 계획이다.

태양계에서 가장 큰 위성들인 이오와 유로파, 가니메데의 공전은 라플라스 공명이라 불리는 패턴을 이룬다. 이오가 목성을 네 번 공전할 때 유로파는 정확히 두 번, 가니메데는 한 번 공전한다. 이러한 공명으로 세 위성은 매번 공전할 때마다 동일한 지점에서 주변으로부터 추가적인 잡아당김을 받음으로써 궤도가 타원형으로 변형되는 등 중력에 의한 영향을 받는다. 반면에 목성의 기조력 은 이들의 궤도를 원형으로 만드는 역할을 한다.

세 위성의 궤도 이심률로 인해 위성이 목성에 접근함으로써 목성의 중력에 의한 잡아당김으로 세 위성의 형태에 일정한 굽힘이 발생하며, 위성들이 목성으로부터 멀어지면서 다시 구형에 가까운 형태로 되돌아온다. 이러한 조석 굽힘에 의한 마찰로 위성의 내부에 열이 발생하는데, 이런 현상은 세 위성 중에 가장 강한 기조력을 받는 이오의 큰 화산활동을 통해 가장 쉽게 확인할 수 있다. 또 유로파의 표면이 지질학 적으로 어리다는 것(위성의 외형이 최근에 바뀌었음을 의미)을 통해서 알 수 있기도 하다.

명칭

영어
발음

직경

질량

궤도 반경

공전 주기

km

%

kg

%

km

%

일

%

갈릴레이 위성. 왼쪽에서 오른쪽으로 목성으로부터의 거리에 따라 위성들을 나열하였다.

갈릴레이 위성, 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토 (왼쪽에서 오른쪽으로 목성과의 거리 순으로 나열)

보이저 임무 이전에, 목성의 위성은 궤도 요소 의 공통점을 통해 네 집단으로 간단하게 분류되었다. 그러나 이후 수많은 위성들이 발견되면서 분류는 아래처럼 복잡해지게 되었다. 현재는 여섯 개의 큰 분류군이 있는 것으로 여겨지나, 일부는 이들과 별개의 특성을 지니고 있다.

기존의 분류군은 목성의 적도면 근처에서 거의 원형의 궤도를 돌고 있는 여덟 개의 내위성(內衛星)들로 이루어져 있다. 이들은 목성과 같은 시기에 함께 만들어진 것으로 여겨진다. 남은 분류군은 궤도가 목성의 적도면에 대해 크게 기울어지고 타원형인 수많은 작은 불규칙 위성들로 구성된다. 이들은 목성에 포획된 소행성 이거나 그러한 소행성의 잔해로 여겨진다. 유사한 궤도 요소를 가지는 집단에 속해 있는 불규칙 위성들은 기원이 같을 것으로 추정되는데, 아마 큰 위성이나 포획된 천체가 파괴되면서 만들어졌을 것이다.

네 개의 작은 위성으로 구성된 내위성군( Inner group)은 직경이 200 km 미만으로, 궤도 반경 200,000 km 이내에서 목성을 공전하고 있으며 궤도 경사각은 0.5도 이내이다.

갈릴레오 갈릴레이와 시몬 마리우스 가 동시에 발견한 위성들로, 목성으로부터 400,000~2,000,000 km 거리에서 공전하고 있다. 이들은 태양계에서 가장 큰 위성들이다.

이 위성군에 속한 위성은 테미스토 뿐으로, 테미스토는 갈릴레이 위성과 히말리아 위성군의 중간 지점에서 공전하고 있다.

목성으로부터 11,000,00~12,000,000 km 거리에서 빽빽히 군집을 이룬채 공전하고 있는 위성군이다.

테미스토와 마찬가지로 그 자체로 독립된 경우이다. 아난케 위성군의 안쪽 가장자리에 있으며, 순행 공전을 하고 있다.

경계선을 알기 힘든 역행 공전 위성군으로, 목성으로부터 평균 21,276,000 km에서 궤도 경사각 평균 149 도로 공전하고 있다.

매우 명확한 역행 위성군으로, 목성으로부터 평균23,404,000 km에서 궤도 경사각 평균 165 도로 공전하고 있다.

아주 약간 뚜렷한 분산된 형태의 역행 위성군으로, 최외곽 위성을 모두 포함하고 있다.

태양과 마찬가지로, 목성의 중력은 태양계가 오늘날의 형태를 갖추는데 큰 기여를 하였다. 태양계 행성의 대부분의 궤도는 태양의 적도면보다 목성의 궤도면에 가깝게 기울어져 있다( 수성만이 궤도 기울기가 태양의 적도면에 더 가깝다). 그리고 소행성대의 커크우드 간극은 대부분 목성에 의해 발생한 것이며, 과거의 태양계 안쪽에서 일어난 후기 대폭격 은 목성에 원인이 있었다.

주 소행성대와 목성 궤도상의 트로이군을 보여주는 그림.

목성의 중력장은 위성과 마찬가지로 수많은 소행성들을 통제하여 목성의 라그랑주점 영역으로 이주시킨다. 이렇게 이주된 소행성들은 트로이군이라고 불리며, 에서 등장하는 것처럼 그리스와 트로이 "측"으로 나뉜다. 이들 중 맨 처음에 발견된 것은 588 아킬레스로, 막스 볼프가 1906년에 발견하였다. 그 그후 2000개 이상의 트로이 소행성이 발견되어 왔다. 가장 거대한 트로이 소행성은 624 헥토르 이다.

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

허블 우주 망원경이 2009년 7월 23일에 촬영한 사진. 2009년에 일어난 충돌이 남긴 길이 약 5,000 마일의 흠집이 보인다.[114]

목성은 태양계의 진공 청소기라고 불리는데, 그 이유는 목성이 어마어마한 중력 우물을 가지며 태양계 안쪽 근처에 위치해있기 때문이다. 목성은 태양계의 행성 중에서 가장 많은 혜성 충돌을 겪고 있다. 목성은 혜성 폭격으로부터 안쪽 태양계를 부분적으로 보호해 주었을 것이라 여겨졌으나, 최근의 컴퓨터 시뮬레이션에 따르면 목성이 중력을 통해 끌어 당기는 혜성의 수와 방출해내는 혜성의 수가 거의 같기 때문에 태양계 안쪽을 지나가는 혜성들의 수를 전체적으로 감소시키지 않는다고 한다. 이에 관해서는 과학자들 사이에서도 논란이 많다. 일부는 목성이 카이퍼대에서 지구로 혜성을 끌어당긴다고 생각하는 반면, 다른 이들은 목성이 가설상의 오르트 구름 으로부터 지구를 보호한다고 생각한다. 목성은 지구보다 소행성 및 혜성 충돌을 200 배나 더 겪었다.

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

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

2010년 6월 3일에는 이전에 관측된 것들보다는 작은 화구가 오스트레일리아의 아마추어 천문학자, 앤서니 웨슬리에 의해 발견되었는데, 후에 필리핀 의 다른 아마추어 천문학자를 통해 촬영된 영상에서도 발견되었다. 2010년 8월 20일에는 또다른 화구가 관측되기도 했다.

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

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

목성의 대기에서 물은 적은 양만 존재하고 목성의 고체 표면이 극단적인 압력을 받는 깊은 곳에 있기 때문에, 목성에 지구에서와 같은 생명체가 존재할 것이라는 생각은 신뢰성이 떨어진다. 하지만, 아직도 암모니아 또는 물 기반 생명체가 목성의 상층부 대기에서 진화할 수 있다고 가설화되어오긴 하였다. 목성의 위성 중 일부 표면 아래에 있을 바다 의 존재로, 이곳에 생명체가 존재할 가능성이 더 높을 것으로 추측된다.

귀도 보나티의 1550년 판 Liber Astronomiae의 목판화 속의 목성.

목성은 고대에도 알려져 있었다. 밤하늘에서 육안으로 관찰 가능하고 가끔은 태양이 낮게 뜬 낮에도 볼 수 있기 때문이다. 바빌로니아인들에게 목성은 그들의 신 마르두크를 상징했다. 이들은 목성이 황도를 따라 약 12년 동안 공전한다는 사실을 통해 황도 십이궁 을 만들었다.

로마인들은 목성의 명칭에 원시 인도-유럽의 발음어의 합성어 Dyēu-pəter(주격: Dyēus-pətēr, "하늘의 신" 또는 "낮의 신"를 의미)에서 유래된 명칭인, 로마 신화의 최고신, 주피터(Iuppiter, Iūpiter)의 이름(조브라고도 불림)을 붙였다. 따라서 목성은 그리스 신화의 (Ζεύς) 또는 디아스(Δίας)를 상징하기도 한다.

행성을 상징하는 ♃ 심볼은 신의 번개를 표현한 것이다. 그리스의 신을 의미하는 제우스( Zeus)는 zenographic(목성의-)과 같이 목성과 연관된 용어를 만드는 데 쓰이는 zeno- 의 어원이다.

jovian(목성의-)은 Jupiter의 형용사적 형태이다. 그보다 오래된 형용사적 형태로는 중세 시대의 점성가들이 만든, jovial이 있는데, 목성의 점성술적 영향 덕분에 "행복" 또는 "즐거움"이라는 기분을 의미하는 것이 되었다.

중국, 한국, 일본에서는 행성을 "목성"(木星)이라고 불렀는데, 중국의 오행에서 기원한 것이다. 중국의 도교에서는 행성을 삼성(三星) 중 복성(福星)으로 의인화하였다. 그리스에서는 목성을 "타오름"을 의미하는 파에톤(Φαέθων)이라 불렀다. 베다 시대의 점성술에서, 힌두의 점성가들은 행성에 신들의 스승, "무거운 사람"을 의미하는 " 구루"라고 자주 불리는 브리하스파티 의 이름을 붙였다.

중앙 아시아-터키 신화에서 목성은 eren(의미 불명)과 yultuz(별)의 합성어로 Erendiz 또는 Erentüz라고 불리었다. eren의 의미에 대해서는 많은 이론이 있다. 이 시기의 사람들은 목성의 공전주기가 11년 하고 300일이 된다는 것을 계산하였다. 이들은 하늘에서 Erentüz 의 운동이 사회 및 자연적 사건과 어느정도 연관된다고 여겼다.

인용 오류:

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<references> 태그 안에 정의된 "marchseventeenth"이라는 이름을 가진 <ref> 태그에 내용이 없습니다.

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▶ 주제 : 태양

애타게 찾는 상대방을 해(태양)에 빗댄 노래예요. 매우 뜨거운 태양의 특징과, 태양으로 인해 날이 밝아오고 날이 지는 내용을 잘 담고 있어요.

"타는 심장이 버티지 못해, 나를 전부 다 보낼게"
"대체 언제 어둠 속을 벗어나게 할 거야"

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태양이나 질량이 큰 행성에 대하여 타원이나 포물선 궤도(찌그러진 원이라고 생각하면 쉬워요~)를 가지고 도는 태양계에 있는 작은 천체를 말해요. 태양과 가까워지면 가스로 된 머리와 꼬리가 나타나는 천체입니다.  옛날옛적에(?) 가수 윤하의 혜성이라는 노래가 인기였지요. 혜성이 되어 저 하늘을 날아가~♪

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태양계의 5번째 궤도를 돌고 있는 목성은 태양계에서 가장 거대한 행성이다. 목성은 태양계 여덟 개 행성을 모두 합쳐 놓은 질량의 2/3이상을 차지하고 지름이 약 14만 3,000km로 지구의 약 11배에 이른다. 이 거대한 목성은 육안으로도 쉽게 발견할 수 있을 만큼 밝은데, 가장 밝을 때는 -2.5등급을 기록하기도 했다. 또한 목성은 엷은 고리를 가지고 있으며 유명한 네 개의 갈릴레이 위성을 포함해 많은 위성을 지니고 있다.

목성은 태양계의 모든 행성 중에 가장 거대한 구름의 소용돌이를 보여주기도 하는데 이를 대적점이라 한다. 그리고 목성의 표면에는 희거나 적갈색을 띤 띠가 있다.

주피터(Jupiter)는 로마신화의 최고의 신으로 그리스 신화의 제우스에 해당한다. 유달리 밝고 큰 행성으로 메소포타미아에서 신 마르덕(Marduk)의 이름을 얻은 이후 각지의 신의 이름으로 계승되었다. 그리고 신화에서 많은 아내를 둔 제우스처럼 많은 위성들을 거느리고 있으며, 실제로 이오, 칼리스토, 유로파 등 여러 위성의 이름이 신화에서 제우스 아내의 이름이다.

중국에서는 목성의 공전주기가 약 12년인 것에서 십이지를 담당하는 별로 여기고, '세성(歲星)'이라 불렀다. 또한 도교에서는 대세성군이란 이름으로 신격화되어 흉신의 대표 격으로 가장 두려워하였다.

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태양계의 왕자 목성 | 목성 | 태양계 | 천문학습관 | 천문우주지식정보

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태양계의 5번째 궤도를 돌고 있는 목성은 태양계에서 가장 거대한 행성이다. 목성은 태양계 여덟 개 행성을 모두 합쳐 놓은 질량의 2/3이상을 차지하고 지름이 약 14만 3,000km로 지구의 약 11배에 이른다. 이 거대한 목성은 육안으로도 쉽게 발견할 수 있을 만큼 밝은데, 가장 밝을 때는 -2.5등급을 기록하기도 했다.

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https://namu.wiki/w/%ED%86%A0%EC%84%B1

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https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%86%A0%EC%84%B1

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Saturn

카시니-하위헌스 가 찍은 토성의 모습.

궤도 성질 (역기점 J2000)

긴 반지름

1,426,725,413 km
9.537 070 32 AU

궤도 둘레

8.958 T m
59.879 AU

근일점

1,349,467,375 km
9.020 632 24 AU

원일점

1,503,983,449 km
10.053 508 40 AU

공전 주기

10,756.1995 d
(29.45 a)

평균 공전 속도

9.639 km/s

최대 공전 속도

10.183 km/s

최소 공전 속도

9.137 km/s

궤도 경사

2.484 46°
(태양의 적도와는 5.51°)

물리적 성질

적도 지름

120,536 km [1]
(지구의 9.449배)

극 지름

108,728 km
(지구의 8.552배)

표면적

4.27×10 ¹⁰ km ²
(지구의 83.703배)

둘레

378,675 km

부피

8.27×10 ¹⁴ km ³
(지구의 763.59배)

질량

5.6846×10 ²⁶ kg
(지구의 95.162배)

평균 밀도

0.6873 g/cm ³
( 물 보다 낮음)

표면 중력

10.44 m/s²

적도 중력

8.96 m/s²
(0.914 g)

자전 주기

0.444 375 d
(10시간 47분 6초) ¹

자전 속도

9.87 km/s = 35,500 km/h
(적도 기준)

구름 위의 평균 온도

93 K

표면 온도

최소

평균

최대

82 K

143 K

N/A K

대기 특징

대기압

140 kPa

Saturn은 로마의 신 ' 사투르누스(Saturnus)'에 기원한 것이다. 영어로 토요일을 나타내는 Saturday도 여기서 나왔는데, 이는 그리스 신화에서의 제우스의 아버지인 크로노스, 바빌로니아에서는 니누르타(Ninurta)에 해당된다. 또한 토성은 Jewel of the Solar System(태양계의 보석)이라는 별명도 가지고 있다.

토성의 질량은 지구의 약 95.1배이며 지름은 9배인 12만 km 가량으로서 크기와 질량에서 목성 다음으로 태양계에서 큰 행성이다. 하지만 토성의 부피는 지구의 760배나 돼 토성의 밀도는 태양계 내의 모든 천체뿐만 아니라 물보다도 작다. 토성의 대기는 목성과 마찬가지로 수소와 헬륨이 주류를 이루고 약간의 메탄과 암모니아가 첨가되어 있다. 토성의 표면온도는 섭씨 영하 180°C를 기록하고 있다. 토성의 온도가 낮은 이유는 태양과 너무 멀리 떨어져 있기 때문으로 지구가 태양으로부터 받는 열량의 100분의 1밖에 받지 못한다. 이 추위 때문에 토성에서 암모니아는 물론 메탄 등이 결빙해 고체 형태로 존재한다. 이 때문에 토성 상공 1,000km 아래는 수증기와 암모니아 구름이 공존하고 있으며 대기의 유동 속도가 커서 적도에서는 시속 1,800km의 강풍이 사납게 휘몰아치고 있다. 토성은 태양에서 14억 2,672만 km 떨어져 있어 공전하는데에 29.4571년이 걸리지만 자전속도는 매우 빨라서 목성보다 1시간 많은 10시간 33분 38초마다 한 번씩 자전한다. 토성은 태양계 행성 가운데 매우 멀리 있는데도 토성의 고리가 있기 때문에 밝은 빛으로 빛나며 수성 보다도 밝은 빛을 낸다.

토성은 목성과 모든 면에서 아주 비슷하지만 아름다운 고리로 사람들을 놀라게 한다. 토성에 대한 연구는 1610년 갈릴레이에 의해 본격적으로 시작되었으며 그는 처음에 토성의 고리를 보고 이것을 '토성의 귀 또는 손잡이'라고 부르기도 했다. 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 없었다. 토성의 신비는 태양계 탐사 우주선 보이저 1,2호에 의해 낱낱이 밝혀졌다. 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 것이다. 토성의 위성 가운데 타이탄은 발견 역사가 가장 오래됐고 다른 태양계 위성 중에서는 볼 수 없는 얼음이 지표면에 존재한다.

토성은 145개의 위성을 가지고 있다. 이 위성들 대부분은 얼음 덩어리로 이루어져 있으며 일부는 암석도 군데군데 섞여 있다. 토성의 위성은 1659년에 처음으로 발견되었으며 이 해는 호이겐스에 의해 토성의 고리가 발견된 해이기도 하다. 이 위성은 200년 뒤 로마 신화의 새턴(토성의 신 이름)과 친인척 관계인 타이탄이라고 불렀다.

토성의 위성 중 하나인 타이탄은 직경은 5150km, 질량 1.35*10 ²³ kg으로, 태양계 위성 중 목성의 가니메데 다음으로 큰 위성이다. 타이탄은 표면 중력이 작음에도 불구하고 온도가 낮아 대기를 가지고 있고, 1944년 천문학자 카이퍼는 대기에 메탄이 포함되어 있다는 것을 발견했다.

지금까지 토성을 탐험한 우주선은 파이어니어 11호와 보이저 1호, 보이저 2호 등이다. 이 중 파이어니어 11호는 6년 동안 32억 km를 여행한 끝에 1979년 9월 1일 에 처음으로 토성에 도착했다.

파이어니어 11호의 관측에 의하면 토성은 지구보다 1,000배나 더 강하지만 목성보다는 20배 약한 자장을 가졌으며, 토성 주위에는 2개의 새로운 띠가 있었다. 보이저 1호는 1980년 11월 12일에 토성을 지나가면서 새로운 띠와 위성 3개를 발견했고, 토성의 위성인 타이탄 에 질소로 구성된 대기가 있음을 발견했다.

토성의 밀도는 태양계 행성들 중 가장 낮다. 자전 속도는 빠르며 표면은 고체가 아니다. 이러한 요소들이 결합하여 토성의 외관은 육안으로도 구분될 정도로 회전 타원체 형태로 눌려 있다. 토성의 극반지름과 적도 반지름은 대략 10% 정도 차이가 나는데, 극 반지름은 54,364km임에 반해 적도 반지름은 60,268km에 이른다. 다른 가스 행성들도 찌그러진 것은 마찬가지이나, 토성처럼 심한 경우는 없다. 토성의 중심핵 부분의 밀도는 높을 것으로 예상되지만, 전체적인 토성의 밀도는 0.69g/mL에 불과하다. 따라서 토성의 질량은 지구의 95배 정도이다.( 목성 의 질량은 지구의 318배에 이르지만, 반지름은 토성보다 20퍼센트 더 큰 정도이다) 토성은 물에 띄워진다고들 하지만 토성은 물에 띄워지는 성질이 아니고, 밀도만 따지면 그렇다. 토성을 담을 정도의 물은 액체상태를 유지할 수 없다.

토성의 내부가 어떻게 되어 있는지 정확하게 알려져 있지는 않지만 목성과 비슷할 것으로 생각된다. 구체적으로 암석 물질로 이루어진 핵 위를 수소와 헬륨이 둘러싸고 있을 것으로 보인다. 암석핵은 지구와 물질 조성은 비슷하나 밀도는 더 높다. 핵을 금속 수소의 두꺼운 층이 둘러싸고 있으며 그 위는 액체 수소 및 헬륨의 층이 있다. 최외곽층 1000km는 기체 수소 및 헬륨의 층일 것이다. 여러 종류의 물질로 이루어진 얼음들이 소량 포함되어 있다. 중심핵 질량은 지구의 9배에서 22배 정도일 것으로 보인다. 토성의 중심부는 11,700°C 정도로 매우 뜨거우며 태양으로부터 받는 복사열의 2.5배에 이르는 에너지를 우주로 방출한다. 이 가외의 에너지 대부분은 켈빈-헬름홀츠 기구(완만한 중력수축 과정)를 통해 생산되지만 이 이론만으로 토성의 내부열 을 모두 설명할 수는 없다. 토성 내부 깊은 곳에서 '헬륨의 비가 쏟아지는' 과정을 통해 열에너지 일부가 추가로 생겨난다는 이론이 제기되었다. 헬륨 방울들은 내부로 추락하면서 보다 가벼운 수소와 마찰을 일으켜 열을 방출한다고 생각된다.

하지만, <네이처 천문학>에 발표된 새로운 연구에 따르면 토성의 핵은 단단한 암석이 아니라 얼음, 바위, 금속성 유체가 섞인 상태임이 밝혀졌다.

토성도 목성과 마찬가지로 수소와 헬륨이 대기의 거의 전부를 이루고 있다. 조성 비율은 수소 93.2%에 헬륨 6.7%이다. 이외에도 암모니아, 아세틸렌, 에테인, 인화수소, 메테인 성분도 적은 분량이지만 검출된다. 토성의 내부는 중심 부분만 고체로 이루어져 있고, 나머지는 압축된 헬륨과 수소로 이루어진 것으로 추측된다. 토성은 태양 과 약 14억 km 떨어져 대기층의 평균 온도는 목성보다 낮은 -145°C 정도이다. 토성 표면에도 목성과 비슷한 가로줄 무늬와 반점이 있다. 이것은 자전주기가 빨라서 대기의 격렬한 흐름과 소용돌이 때문에 나타나는 것이다.

토성과 태양 사이의 평균 거리는 1,400,000,000 킬로미터(9 천문단위)이다. 공전궤도 평균 속도는 9.69km/s로, 지구 시간으로 태양을 1회 공전하는 데에는 10,759일(29.5년)이 걸린다. 토성 궤도 경사각은 지구 공전면에 대해 2.48도 기울어져 있다. 궤도 이심률이 0.056이기 때문에 토성과 태양 사이 거리는 태양에 가장 가까울 때와 멀어졌을 때 차이가 약 155,000,000 킬로미터이다.

토성은 기체로 이루어진 행성이라 차등자전을 하며, 자전축은 공전궤도면에 비하여 약 27° 기울어져 있다. 기울어져서 공전을 하므로 지구처럼 계절이 생긴다. 지구에서 봤을 때 대략 30년을 주기로 고리의 모습이 바뀌게 된다, 고리의 평면이 태양과 일치할 때 우리의 시각에서는 토성의 고리가 보이지 않게되며 한 주기에 두 번 즉 약 15년에 한 번씩 일어나게 된다.

다른 유체 천체와 마찬가지로 토성 표면에 보이는 구조들은 위도에 따라 다른 속도로 행성을 일주한다. 속도 차이에 따라 계(系:) I, II로 나눌 수 있다. 계 I은 공전 주기 10시간 14분 00초로 지구 시간 1일에 844.3도 회전하며 '적도 지역'(남방 적도대의 북쪽 경계면부터 시작하여 북방 적도대의 남쪽 경계면까지 미치는 부분)이 여기에 해당된다. 계 I 지역을 뺀 나머지 부위는 같은 속도로 자전하며 이를 계 II라고 부른다. 계 II는 공전 주기 10시간 39분 24초로 지구 시간 1일에 810.76도 회전한다. 보이저 호 플라이바이 때 행성으로부터 방출된 전파 에 기반하여, 새로운 지역 계 III를 정의할 수 있다. 이 지역의 공전 주기는 10시간 39분 22.4초로 지구 시간 1일에 810.8도 회전한다. 계 II와 III의 물리적 수치는 매우 비슷하다.

토성의 북극. 육각형 구름의 형태가 보인다.

그러나 토성 내부 물질들의 정확한 자전 주기는 제대로 밝혀지지 않았다. 2004년 카시니 호 는 토성에 접근하면서 토성의 전파 자전 주기가 10시간 45분 45초(± 36초)로, 인식 가능할 정도로 느려졌음을 확인했다. 이러한 변화의 원인은 알려져 있지 않다. 종전에는 변화 원인을 토성의 자전 속도 변화 때문이라기보다는 전파원이 토성 내부 다른 위도로 이동, 각기 다른 공전 속도로 행성을 돌기 때문인 것으로 추측했다.

이후 2007년 3월 전파방출 자전은 행성의 자전 속도를 따르지 않음이 밝혀졌다. 측정된 자전 주기 값이 다양한 원인으로 토성의 위성 엔셀라두스 의 간헐천 활동을 들고 있다. 간헐천 활동으로 토성 궤도상에 방출된 수증기는 대전된 뒤 토성의 자기장을 약화시키며, 자기장 자전 속도를 행성 자체 자전 속도보다 조금 늦춘다. 이 발표 당시 기준으로, 토성의 중심핵 자전 속도를 구할 수 있는 방법은 달리 없는 것으로 언급되었다.

2007년 10시간 32분 35초, 토성의 정확한 자전 주기가 발표되었는데, 이 값은 보이저 호, 파이오니어 탐사선, 카시니 호가 수집한 자료들을 취합 분석하여 낸 수치이다.

토성의 육각형 구름

토성의 육각형 구름

토성의 북극(위도 약 77도)에는 왼편 그림과 같이 육각형으로 회전하는 구름이 존재한다. " 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 촬영되었다. 구름이 차지하는 영역이 지구의 두 배 크기 정도 되며, 그 안에서 제트류가 초속 100m 정도로 회전하고 있는 것으로 추측되고 있다.

이 육각형 구름 현상은 카시니 호 연구원에 의해 우주에서 일어나는 가장 아름다운 미스터리라는 평가를 받았다. 이후 액체를 통한 실험으로 비슷한 모양이 나타나는 현상을 재현할 수가 있다는 보고가 나왔다. 덴마크 공과 대학 물리학과의 토마스 욘손 등이 2008년에 발표한 관련 실험 논문에 따르면, 원통형 용기에 액체를 채우고 그 안에서 원판을 전동기 로 회전시키면서 원통 위에서 이를 관찰하면 전동기의 회전수에 따라 원심력에 의해 삼각형에서 육각형까지 다각형이 나타나게 된다고 밝혔다. 따라서 토성의 북극 내부가 이와 비슷한 형태로 구성되어 있다는 추측이 가능하다.

토성의 자기축은 자전축과 거의 일치하다. 지구만 봐도, 나침반으로 북극과 남극을 찾을 수 없다. 지리적 북(남)극점과 자북(남)극점이 일치하지 않기 때문이다. 하지만 만약 토성에 가서 지구와 같은 조건으로 나침반을 쓸 수 있다면, 토성의 북극과 남극을 작은 오차 내에서 거의 정확히 찾아 낼 수 있다.

토성은 내부 액체 금속 수소층의 부피와 매우 빠른 자전으로 인해 자기권의 넓이가 매우 넓다. 목성과 토성의 질량비는 4:1이지만 자기권 넓이의 비는 격차가 훨씬 적은 4:3으로, 이는 질량당 자기 에너지는 토성이 목성보다 더 센 것이다.

그동안 토성의 자기장은 0.22 가우스로, 목성의 1/20의 세기이며 지구보다 약간 약하다고 알려져 왔다. 그러나 최근(?)에 밝혀진 내용으로 토성의 자기장은 목성 자기장의 72배나 되며, 동일한 조건이 아니더라도 적어도 목성 자기장의 42배 세기이다. 지구 자기장은 토성 자기장 앞에서 맥도 못 추릴 정도로 토성은 아주 강한 자기장을 가졌다. 심지어 목성 자기장도 토성 자기장과는 비교도 안 될 정도로 약하다. 지구의 자기장 보다는 576배나 강하다고 한다.

토성의 고리

토성의 고리는 다른 태양계 행성들의 고리에 비해 눈에 잘 띄어 유명하다. 1610년 갈릴레오 갈릴레이가 망원경을 이용하여 토성의 고리를 처음으로 관측하였다. 하지만 당시에는 그것이 고리라는 것을 확실하게 알아내지는 못하였고, 갈릴레이는 토성에 귀 가 있다고 표현하였다.

1609년 갈릴레이는 망원경으로 토성을 관찰하다가 토성의 양쪽에 귀 모양의 괴상한 물체가 붙어 있다가 밤이 깊어지면 차츰 사라지는 것을 발견했다. 갈릴레이는 이 때부터 약 3년 동안 토성의 두 개의 귀가 보이지 않을 때까지 관측을 계속했다. 그로부터 50년 뒤 네덜란드의 천문학자 호이겐스가 토성의 '양쪽의 귀'의 실체를 정확히 밝혀냈다. 그것은, 귀가 아니라 고리라는 것인데 호이겐스는 이 엄청난 정보를 혼자만 알고 있을 수 없어 3년 뒤에 발표하고야 말았다. "토성의 양쪽 귀는 엷은 고리이다. 이 고리는 토성에 붙어 있지 않고 떨어져 있다." 호이겐스가 이러한 내용을 설명한 자리에 있었던 사람들은 모두 놀라고 말았다. 1675년 이탈리아의 천문학자 카시니(Jean Dominique Cassini)는 더욱 좋은 망원경을 이용해 토성의 고리를 자세히 관찰하여 토성의 고리가 하나가 아니라 여러 개로 이루어져 있다는 것을 알아냈다. 또한, 그는 고리 사이의 검은 선으로 보이는 거대한 간격을 찾아냈으며, 이 간격이 바로 '카시니간극(카시니 틈, Cassini division)'이다.

우주선으로 관측한 결과 토성의 고리는 수많은 얇은 고리들로 이루어져 있었고, 이 고리들은 레코드판처럼 곱게 나열되어 있다. 토성의 고리는 적도 면에 자리 잡고 있으며 토성 표면에서 약 7만~14만km까지 분포하고 있다. 토성의 고리는 아주 작은 알갱이크기에서부터 기차만한 크기의 얼음들로 이루어져 있다.

토성의 고리는 적도면에 자리잡고 있으며 토성 표면에서 7만~14만 km까지 뻗쳐 있다. 그래서 토성의 고리 두께는 약 7만 km에 이른다. 한 개의 작은 고리 두께는 50m에 불과하다. 토성의 고리 표면은 수근 알갱이 만한 것에서부터 기차 크기 만한 얼음들이 널려 있어 얼음 조각 작품의 전시장을 방불케 한다.

많은 천문학자들은 토성이 생성된 뒤 남은 물질이 고리를 이룬 것으로 추측하고 있다. 즉 성운에서 토성이 생성되고, 이와 같은 시기에 고리도 생성되었다는 설이다. 이는 토성의 거대한 고리계를 설명할 수 있으며, 고리의 희박한 밀도 등 여러 가지를 설명할 수 있으나, 어떻게 고리계가 45억 년 이상 유지될 수 있었는지 설명하기는 어렵다. 일부 천문학자들은 토성의 고리에 대하여 토성의 강한 중력을 못 이겨 산산조각이 난 위성의 잔해물이라 주장한다. 즉 위성이나 유성체, 혜성과 같은 천체들이 토성에 가까이 접근하면 조석력에 의하여 부서지게 되고, 이후 잔해들이 남아 상호 마찰로 인해 더욱 잘게 부서져 고리를 형성한다는 것이다.

토성은 많은 수의 위성을 가지고 있다. 이 위성들은 대부분 얼음 덩어리로 이루어져 있고, 일부는 암석도 섞여 있다. 토성에는 현재 확인된 위성이 145개가 있고, 공식적으로 이름이 붙여진 위성은 63개이다. 목성의 가니메데에 이어 두 번째로 큰 위성인 타이탄은 주로 질소와 메탄 으로 이루어진 짙은 대기를 보유하고 있는 유일한 위성으로 알려져 있다.

토성의 위성들을 보면 상대적으로 커다란 위성은 처음 생긴 충돌구덩이가 그대로 보존되어 있지 않다. 즉 어떠한 내부 열원으로 표면이 변했다는 것을 추측할 수 있다. 하지만, 상대적으로 작은 위성은 충돌구덩이가 그대로 보존되어 있었다. 따라서 천문학자들은 토성의 위성이 몇 개의 큰 천체가 깨어져 생성된 것이라 추측하고 있다.

토성에는 태양계에서 두 번째로 커다란 위성인 타이탄을 가지고 있다. 타이탄은 지름 약 5,150km, 질량 약 1.37x1023으로, 태양계 위성 중 목성의 가니메데 다음으로 큰 위성이다. 타이탄은 표면 중력이 작음에도 불구하고 온도가 낮아(약 -180 °C) 짙은 대기를 가지고 있었는데, 1944년 천문학자 제러드 카이퍼 는 타이탄의 대기에 메탄이 포함되어 있다는 것을 발견했다. 타이탄의 대기는 대부분 질소로 이루어져 있으며, 메탄과 아르곤, 그리고 미량의 수소분자, 일산화탄소 등이 존재한다.

타이탄이 발견된 후 조반니 도메니코 카시니는 1671년부터 1684년 사이에 이아페투스(Iapetus), 테티스(Tethys), 디오네(Dione) 등 몇몇 토성의 위성들을 발견해 토성 연구에 큰 공을 세웠다. 카시니가 발견한 위성들은 목성의 가장 작은 갈릴레이 위성 유로파 보다 훨씬 작은 것들이었다. 이 가운데 이아페투스의 지름은 약 1,440km이고 가장 작은 테티스는 약 1,060km에 이른다. 이아페투스는 특이한 표면을 가지고 있다. 토성의 다른 위성보다 약 10~15배 이상 밝은 이아페투스의 땅은 온통 밝은색은 아니고 밝은 곳은 눈처럼 희고 어두운 쪽은 숯을 연상할 정도로 어둡다고 알려져 있다. 보이저 1호는 이아페투스의 두 면 가운데 밝은 쪽은 얼음으로 덮여 있고 어두운 쪽은 먼지들로 이루어졌다는 것을 밝혀냈다. 디오네의 지름은 약 1,120km이며 토성에서 약 37만 7천km 떨어진 위치에 자리 잡고 있는데 약 2.7일 주기로 토성을 한 바퀴 돈다.

19세기 말에는 토성의 위성이 아홉 개 정도라고 알려졌었다. 아홉 번째 포에베(Phoebe)는 1898년 미국 천문학자 에드워드 찰스 피커링 이 발견했다. 이 포에베는 토성의 다른 위성과 정반대 방향으로 공전해 천문학자들이 주의 깊게 관찰한 바 있다. 포에베는 그때까지 발견된 토성의 위성 가운데 가장 멀리 떨어져 있어 토성으로부터의 평균거리가 약 1천3백만 km나 되며, 토성을 공전하는 데는 약 550일이 걸린다. 토성의 위성에는 분화구가 많은 것이 특징이며, 이중 미마스(Mimas)는 자신의 크기에 비하여 큰 분화구를 가지고 있어 집중을 받고 있다. 이 분화구는 미마스 면적의 4분의 1 정도를 차지한다.

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토성 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

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Saturn 카시니-하위헌스 가 찍은 토성의 모습.

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https://www.youtube.com/watch?v=-dVqs7Fr9CQ

▶ 주제 : 혜성
좋아하는 사람에게 혜성이 되어 날아가고 싶다는 의미의 곡이예요.

"어두운 하늘을 날아다니는 저 빛나는 별을 타고서"
"저 빛을 따라가 혜성이 되어 저 하늘을 날아봐"

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☄윤하 (Younha) - 혜성 (Comet) [댓글모음/live/교차편집/Stage Mix]

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지구처럼 태양의 주위를 도는 둥근 천체에요. 오늘 우리가 조사하는 천체도 바로 이 행성이랍니다. 행성은 자신의 중력만으로 둥근 형태를 이루고 있어야하고, 중심부에는 핵융합반응이 일어나지 않아야 해요. 그리고 주위에 작은 천체가 없어야 합니다. (중력? 핵융합반응? 어려운 게 당연해요. 그렇구나~ 하고 넘어가면 됩니다!) 2006년에 행성의 정리를 다시 정리하면서 명왕성이 행성에서 빠졌어요. 따라서 행성은 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성까지 총 8개입니다. 오늘 이 8개의 행성을 조사해볼 거예요.

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https://astro.kasi.re.kr/learning/pageView/5152

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고리가 아름다운 토성 | 토성 | 태양계 | 천문학습관 | 천문우주지식정보

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토성은 아름다운 고리를 가진 행성으로 많은 사랑을 받는 행성이다. 토성의 고리는 1610년 갈릴레이에 의해 처음 관측되었다. 하지만 망원경의 해상도가 낮아 확실한 모양을 몰랐다. 훗날 그가 죽은 뒤 약 50년 후인 1656년 네덜란드의 천문학자인 호이겐스(Christiaan Huygens)에 의해 그것이 고리라는 것이 밝혀졌다. 토성의 신비는 태양계 탐사 우주선 보이저(voyager) 1,2호에 의해 많이 밝혀졌다. 지금까지 밝혀진 토성의 위성은 수십 개이며, 그 가운데 신비한 위성 타이탄(titan)이 있다. 이 위성은 태양계의…

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https://namu.wiki/w/%EC%B2%9C%EC%99%95%EC%84%B1

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천왕성

발견자
윌리엄 허셜
캐롤라인 허셜

발견일

1781년 3월 13일

모항성
태양

궤도 긴반지름(a)

2,870,972,220 km
19.191 263 93 AU

근일점(q)

2,735,555,035 km
18.286 055 96 AU

원일점(Q)

3,006,389,405 km
20.096 471 90 AU

최소 공전 속도

6.486 km/s

최대 공전 속도

7.128 km/s

궤도 경사(i)

0.769 86°
(태양의 적도와는 6.48°)

위성 수
27개

표면적

8.084×10 ⁹km ²
(지구의 15.849배)

부피

6.834×10 ¹³ km ³
(지구의 63.086배)

평균 밀도

1.318 g/cm ³

질량

8.6832×10 ²⁵ kg
(지구의 14.536배)

표면 중력

8.69 m/s²
(0.886 g)

자전 주기

−0.718 333 333 일
(17시간 14분 24초) ¹

자전 속도

2.59 km/s = 9320 km/h
(적도 기준)

최저 온도

49 K

평균 온도

53 K
(구름 위는 55 K)

대기압

120 kPa (구름 상부)

구성 성분

수소, 헬륨, 메테인 등

천왕성(天王星, Uranus)은 태양계에 8개 행성 중 일곱번째 행성이며, 세 번째로 반지름이 크고 네 번째로 질량이 큰 태양계의 행성이다. 영어 이름 '우라노스(Uranus)'는 크로노스의 아버지이자 제우스의 할아버지인 그리스의 신 우라노스에서 따온 것이다.(Οὐρανός) 이 행성은 기존의 다섯 행성들처럼 맨눈으로 볼 수 있음에도 불구하고 하늘에서 매우 느리게 움직이는데다 매우 어둡기 때문에 그 존재가 오랫동안 인류에게 밝혀지지 않았다. 천왕성은 여러 다른 천문학자들에게 맨눈으로 관측되기도 하였으나, 그들은 모두 천왕성을 어두운 별이라고 생각하였다. 천왕성의 최초 발견자로 불리는 윌리엄 허셜도 천왕성을 아주 큰 망원경으로 보고 동그란 모양이라는 점 때문에 처음엔 꼬리가 발달하지 않은 혜성인 줄 알았다고 한다. 그는 1781년 3월 13일 천왕성의 발견을 공식적으로 발표했으며 근대 천문학사에서 최초로 다섯 행성 너머로 태양계의 지평을 넓히는 업적을 남겼다. 천왕성은 맨눈이 아닌 기술 망원경 을 이용하여 발견한 최초의 행성이기도 하다.

천왕성을 이루고 있는 물질은 해왕성과 완연하여 둘 보다 큰 가스 행성인 목성, 토성과는 그 조성물이 다르다. 이런 이유로 천문학자들은 종종 이들을 '얼음 거대 행성'이라는 이름으로 구별한다. 천왕성의 대기는 목성이나 토성의 대기처럼 수소와 헬륨으로 이루어져 있으나, 물, 암모니아, 메테인, 소량의 탄화 수소와 같은 휘발성 물질들이 더 많이 섞여 있다. 천왕성의 대기는 태양계 행성들 중 가장 차가운데 그 온도는 최소 49 K (-224 °C)에 이른다. 천왕성이 해왕성보다 더 차가운 이유는 해왕성 내부에서 이유를 알 수 없는 열이 발생하기 때문이다. 천왕성 대기에는 복잡하게 층이 진 구름의 구조가 형성되어 있는데 고도가 낮은 층의 구름은 물로 이루어져 있고 그 위층의 구름들은 메테인의 결정일 것으로 추측된다. 천왕성의 내부를 구성하는 물질은 거대 가스 행성과는 달리 주로 얼음과 암석이다.

다른 가스 행성들과 마찬가지로 천왕성은 고리, 자기장, 수많은 자연 위성을 지니고 있다. 천왕성계(系)는 자전축이 약 98도 정도로 크게 기울어져 있어 거의 공전면과 맞닿을 정도이다. 다시 말하자면 천왕성의 북극 및 남극이 가리키는 방향은 다른 행성들의 적도가 가리키는 방향과 비슷하다. 지구에서 보았을 때 천왕성의 고리는 종종 과녁 모양처럼 천왕성 주위를 둥글게 두르고 있으며, 위성들은 천왕성을 시계 방향으로 회전하는 것처럼 보인다. 다만 2006년부터 2007년에 걸쳐 천왕성의 고리는 우리의 시선 방향과 평행하게 놓여 보이지 않았다. 1986년 보이저 2호가 천왕성을 스쳐 지나갔는데 이 때 보이저가 가시광선 영역에서 바라본 천왕성은 다른 가스 행성들이 흔히 보여주는 구름띠나 태풍의 모습이라고는 찾을 수 없는, 특징 없는 밋밋한 행성이었다. 그러나 지구 관측자들은 최근 수 년에 걸쳐 천왕성이 분점 에 접근하면서 날씨 변화 및 계절적 변화를 보이는 것을 관측했다. 천왕성에서의 바람 속도는 초당 250미터에 이른다(900km/h, 560mph).

해왕성과 마찬가지로 언 메탄이 표면을 이루고 있는데, 해왕성과 달리 조금 더 초록색을 띠고 있다. 플램스티드 명명법에서는 '황소자리 34'로 불린다. 플램스티드가 발견 당시에 천왕성을 항성으로 오인했기 때문이다. 표면 중력이 지구보다 작기 때문에 사람이 천왕성에서 몸무게를 재면 지구에서의 무게의 88%가 나간다(예로 지구에서 55 kgf 인 사람은 천왕성에서 49.6kgf이 된다).

천왕성은 행성으로 인지되기 전에도 여러 번 발견된 적이 있으나 관측자들은 행성 자체가 어두워 이를 평범한 별로 잘못 생각해 왔다. 최초의 관측 기록은 1690년 존 플램스티드의 것으로, 최소 여섯 번 천왕성을 관측했고 자신의 성표에 황소자리 34로 기록했다. 프랑스 천문학자 피에르 르모니에 는 1750년 ~ 1769년 사이 천왕성을 최소 12번 관측했으며 여기에는 나흘 밤에 걸친 연속 관측이 포함되어 있다.

윌리엄 허셜 경은 1781년 3월 13일 지금은 허셜 천문학 박물관이 된 서머싯 소재 배스 타운 뉴 킹 스트리트 19에 있는 자기 집 정원에서 천왕성을 관측했으나, 처음에는(1781년 4월 26일) 이를 혜성 으로 보고했다. 허셜은 자신이 고안한 망원경을 사용하여 붙박이별들의 시차에 대한 일련의 관측에 몰두했다.

허셜은 자신의 논문에 천왕성을 " 황소자리 제타 근처에 있는 성운 비슷한 별 혹은 혜성"이라고 표현했다. 3월 17일 허셜은 다음과 같이 기술했다. "나는 혜성 혹은 성운 비슷한 별을 찾았으며 이제 그 별이 위치를 바꿨다는 점에서 혜성임을 알았다." 그는 자신의 발견 사실을 왕립 학회 에 제출할 때 자신이 혜성 하나를 발견했다고 계속 주장하면서도 이를 명시적으로 행성에 비유했다.

허셜이 천왕성을 발견한 망원경의 모형(윌리엄 허셜 박물관).

허셜은 이 발견을 왕실천문관 네빌 마스켈라인 에게 알렸고, 4월 23일에 당황한 마스켈라인의 답신을 받았다. "나는 이걸 뭐라고 해야 할 지 모르겠다. 혜성이 상당히 타원형의 궤도를 도는 데 비해, 이 천체는 마치 행성과 같이 태양을 거의 원형의 궤도로 공전하고 있다. 코마나 꼬리 같은 것은 관측하지 못했다."

허셜은 줄곧 자기가 혜성을 발견했다고 주장했지만, 다른 천문학자들은 이미 다른 경우를 생각하고 있었다. 러시아의 천문학자 앤더스 렉셀은 이 천체의 궤도를 최초로 계산하고, 거의 원형에 가까운 궤도를 보고 혜성보다는 행성에 가깝다고 결론내렸다. 베를린의 요한 엘레르트 보데 는 허셜의 발견에 대해 "지금까지 알려져 있지 않은, 토성 너머의 궤도를 공전하는 행성과 같은 천체로 간주할 수 있다". 보데 역시 이 천체를 혜성보다는 행성과 더욱 비슷하다고 결론내렸다.

천왕성은 태양 주위를 84 지구년에 한 바퀴 돈다. 태양에서의 평균 거리는 3십억 km(약 20 AU)이다.

천왕성은 84년 주기로 태양을 30억 km ( 약 20 천문단위 ) 거리에서 한 바퀴 돈다. 천왕성에서 태양을 본다면 지구에서보다 400배 희미하게 보일 것이다. 궤도 요소들은 피에르-시몽 라플라스에 의해 1783년 처음으로 계산되었다. 이후 1841년 존 카우치 애덤스는 처음으로 천왕성의 중력적 영향에 의한 새로운 행성 예견을 하였으며, 1845년에 르 비에르는 천왕성의 궤도에 대한 독자적인 연구를 시작했다. 1846년 9월 23일, 요한 갓필드 갈레는 새 행성을 찾았으며, 이후 이름을 "해왕성"이라 지었다. 그것은 르 비에르가 예견했던 곳과 매우 비슷한 곳에서 발견된 것이다.

천왕성의 자전 주기는 17시간 14분 정도이다. 그러나, 모든 거대 가스 행성들의 상부 대기는 자전의 방향으로 심한 바람을 받는다. 결국, 실제 보이는 천왕성의 대기는 실제 자전 주기보다 빠르게 움직이며 한번 전체적인 대기가 자전하는데는 14시간도 채 걸리지 않는다.

1998년에 근적외선 촬영한 천왕성의 착색 사진으로, 구름의 띠와 고리, 위성이 보인다. 이 사진은 허블 우주 망원경의 NICMOS가 촬영했다.

천왕성의 자전축은 태양계 평면에 거의 누워있다시피 하며, 기울기는 약 98도이다. 이렇게 큰 자전축의 기울기는 천왕성에서의 계절을 다른 행성과 완전히 차이나게 한다. 태양계의 다른 행성들은 기울어진 팽이를 상상하지만 천왕성은 기울어진 구르는 공에 더 가깝다. 천왕성의 지점 부근에서는 극 한쪽 면이 계속 태양을 향하고, 반대쪽 극은 태양을 볼 수 없다. 한쪽의 극은 42년 동안 태양 빛을 받고, 42년 동안 어둠에 놓이게 된다. 결국 이러한 천왕성의 이상한 자전 때문에, 한쪽 극 부분은 적도 부분보다 더 많은 태양의 에너지를 받게 된다. 그럼에도 불구하고, 천왕성의 적도가 오히려 에너지를 더 많이 받는 극보다 따뜻하다. 이러한 이상한 현상은 아무래도 대기의 질량과 그 속에 열을 저장할 수 있는 양이 워낙 크기 때문에 40년 주기의 태양빛/암흑의 반복이 큰 영향을 못 주는 것으로 예상된다. 이 심한 기울기의 원인은 지금까지도 확실히 밝혀지지 않았으며, 태양계 초기에 천왕성이 지구만한 원시행성과 충돌함에 따라 이런 기울어짐이 생겼다고 추정되고 있다. 그러나 이 추정의 경우 지구만한 원시 행성의 충돌시에 잔존 물질들이 모여 위성을 형성 될 가능성이 높으나 천왕성의 주요 위성들이 해왕성의 큰 위성인 트리톤보다 훨씬 작기 때문에 지구 만한 천체 충돌의 증거로 부족하다. 따라서 다른 행성들 토성과 해왕성들의 중력의 영향으로 궤도와 기울기에 영향을 줄 가능성도 있다. 1986년 보이저 2호가 지나갈 즈음에는 천왕성의 남극쪽은 태양을 거의 직접 향하고 있었다.

천왕성의 실시 등급은 1995년에서 2006년까지 +5.6과 +5.9 사이에서 변동했으며, 육안 관측 한계인 +6.5 등급보다 밝기 때문에 맨눈으로도 볼 수 있다. 각지름은 3.4 ~ 3.7 각초이며, 16 ~ 20 각초인 토성 및 32 ~ 45 각초인 목성보다는 작다. 천왕성은 깜깜한 하늘에서 육안으로 볼 수 있으며, 쌍안경이 있다면 도시 지역에서도 쉽게 관측할 수 있다. 대물렌즈 구경이 15 ~ 23 cm인 대형 아마추어 망원경으로는 희미한 청록색 원반 모양와 주연감광을 확인할 수 있다. 대물렌즈가 25 cm보다 큰 대형 망원경으로는 구름 모양과 티타니아, 오베론 과 같은 큰 위성도 볼 수 있다.

지구와 천왕성의 크기를 비교한 그림.

2006년 허블 우주 망원경의 ACS(Advanced Camera for Surveys)가 관측한 천왕성의 기상 현상(사진의 사각형 영역에서 거대한 암점이 보인다).

천왕성의 질량은 지구의 약 14.5배로 가스 행성들 중에서 가장 가볍고 밀도 또한 1.27 g/cm³으로 토성 다음으로 낮다. 천왕성의 반지름은 해왕성보다 조금 더 크나(지구의 4배가 약간 넘음), 밀도가 낮기 때문에 질량은 해왕성보다 작다. 밀도가 낮은 것으로부터 천왕성 내부는 물, 암모니아, 메테인 등 여러 종류의 물질이 섞인 상태에 있음을 추측할 수 있다. 천왕성 내부 얼음 물질의 총질량은 정확히 알려져 있지 않으며 선택된 모형에 따라 다른 값이 도출된다. 그러나 여러 모형에 근거할 때 얼음 물질의 질량은 지구의 9.3 ~ 13.5배 정도일 것이다. 수소와 헬륨 이 천왕성 전체 질량에서 차지하는 비율은 매우 작은데, 그 질량은 지구의 0.5 ~ 1.5배에 불과하다. 얼음 물질과 가벼운 기체 물질을 제외한 나머지 질량(지구 질량의 0.5 ~ 3.7배)은 암석 물질일 것으로 생각된다.

천왕성 내부는 표준 모형에 따르면 세 부분으로 나뉜다. 중심부에는 암석 물질의 핵이 있고 그 위로 얼음 혼합물로 구성된 맨틀이 있으며 가장 바깥 층은 수소와 헬륨으로 이루어진 기체층이다. 천왕성의 중심핵 질량은 지구의 0.55배이며 반지름은 천왕성 크기의 20퍼센트 정도로 전체에 비해 상대적으로 크기가 작다. 맨틀이 천왕성 부피의 대부분을 차지하며 그 질량은 지구의 13.4배 정도이다. 최상층의 가벼운 원소로 이루어진 대기층 질량은 지구의 0.5배에 두께는 천왕성 반지름의 20퍼센트 정도이다. 천왕성 핵의 밀도는 약 9g/cm³로, 여기에는 800만 바(800 기가파스칼)에 이르는 압력이 가해지고 있으며 온도는 5000 켈빈이다. '얼음' 맨틀층은 우리가 생각하는 상식적인 차가운 얼음으로 이루어진 것이 아니라, 압력으로 뜨겁게 가열된 물, 암모니아, 기타 휘발성 물질들이 농밀하게 흐르고 있는 상태이다. 이 유체(流體)를 물-암모니아 바다로 부를 때도 있다. 천왕성과 해왕성 내부는 목성 및 토성 내부와 매우 다른데, 전자 둘은 가스층 아래 얼음 맨틀이 부피 대부분을 차지하나 후자 둘은 가스가 대부분을 구성하고 있다.

위에 설명한 가설 모형 외에도 다른 내부구조 가설들이 있으나 이들의 주장 또한 그리 천왕성의 물리적 수치에 모순되지 않는다. 예를 들어 만약 상당량의 수소와 암석 물질이 얼음 맨틀에 섞여 있을 경우 맨틀 내 얼음 질량은 표준 모형이 주장하는 바에 비해 줄어들 것이며 얼음이 줄어든 만큼 기체 및 암석 물질의 질량이 많다고 해석이 가능하다. 현재 천왕성의 물리적 측정치만으로는 어떤 모형이 정확한지를 판별할 수 없다. 천왕성 내부가 유체 형태라는 사실로부터 딱딱한 표면이 없을 것임을 추측할 수 있다. 기체로 이루어진 대기 밑으로 점차 하강할수록 구성 물질들은 액체에 가까워질 것이다. 편의상 대기압이 1바(100킬로파스칼)인 지점을 회전 타원체의 '표면'이라고 정의하고 있다. 이 정의에 따르면 천왕성의 적도 반지름과 극반지름은 각각 25,559 ± 4 km, 24,973 ± 20 km가 된다. 본 문서의 고도 관련 내용은 위 정의에 따라 계산한 것이다. 네이처 피직스' 최근호에 실린 미국 로렌스 리버모어 국립 연구소의 존 에거트 박사의 논문에 따르면 해왕성과 천왕성의 바다는 다이아몬드 바다일 가능성이 있다. 그 액체 다이아몬드 바다 위에는 다이아몬드 덩어리들이 떠다닐 것이라고 한다.

천왕성의 내부 열은 다른 거대한 행성들 열보다 낮으며, 천문학적인 용어로는 열유속이 낮다라고 나타낸다. 천왕성의 내부열은 왜 낮는지는 여전히 이해가 안가는 현상이다. 천왕성의 크기와 구성요소가 쌍둥이 같은 해왕성은 태양으로부터 받는 에너지의 2.61 배를 우주로 방출하지만, 천왕성은 과도한 열을 거의 방출하지 않는다. 스펙트럼의 한 부분인 먼적외선 (즉 열을 뜻함) 천왕성에 의해 방출되는 총 에너지는 대기에서 흡수 된 태양열 에너지의 1.06 ± 0.08 배이다. 천왕성의 열 유속은 단지 0.042 ± 0.047 W / m2이며, 이는 지구의 내부 열 유속보다 약 0.075W / m2 낮다. 천왕성의 권계면(대류권과 성층권 사이)에 기록 된 최저 기온은 49 K (-224.2 ° C; -371.5 ° F)이며 천왕성은 태양계에서 가장 차가운 행성이된다. 차이에 의한 한 가설은 원시의 열이 초대형 임팩터 (태양의 약 5만배)와 충돌하였을 때, 고갈 된 내부 온도가 남았음을 의미한다. 이 충격적인 가설은 또한 행성의 축 방향 기울기를 설명하기위한 몇 가지 시도에서 사용된다. 또 다른 가설은 천장의 열이 표면에 도달하는 것을 막는 천왕성 상부층에 어떤 형태의 장벽이 존재한다는 것이다. 이 충격적인 가설은 또한 행성의 축 방향 기울기에 대한 설명으로도 사용된다. 또 다른 가설은 천왕성의 성층에 존재하는 장층의 형태를 한 것이 내부열이 천왕성 표면으로부터 가는 것을 막는다고 한다. 예를 들어 대류는 샹향 열이 변형되는 걸 억제하는 다른 층의 구조의 장소에서 아마 이중 확산대류가 제한요소일 수 있다.

천왕성 내부에는 고체 표면이 없는 것으로 생각되지만 천왕성의 기체 외피 가장 바깥쪽 부분에는 원격 탐사가 쉬운 부분이 있는데, 여기를 천왕성의 대기라고 부른다. 천왕성의 대기는 대략 300 km 아래, 압력이 1 바(100 kPa)이고 온도는 320 켈빈인 곳까지 원격 탐사가 가능하다. 미약한 코로나는 1 바 압력의, 명목상의 '표면'에서 행성 반경의 두 배 이상 펼쳐져 있다. 천왕성의 대기는 3개의 층으로 나뉜다. 고도 -300 ~ 50 km에 압력 100 ~ 0.1 바(10 MPa ~ 10 kPa)인 대류권, 고도 50 ~ 4000 km에 압력 0.1 ~ 10⁻¹⁰ 바(10 kPa ~ 10 µPa)인 성층권, 그리고 고도 4000 km ~ 표면으로부터 50000 km 높이까지 펼쳐진 열권과 코로나층이 그것이다. 중간권 은 없다. 천왕성의 대기에는 수소가 약 83%, 헬륨이 15%, 메탄 2% 등이 포함되어 있으며, 반사율이 높은 암모니아와 황이 대기의 깊숙이 있을 것이다. 천왕성의 대기는 태양빛의 적색 파장을 흡수하고 청색과 녹색의 파장 상당량을 반사하기 때문에 전체적으로 청록색을 띤다.

한편, 천왕성의 대기 조성, 대류권, 대기 상층부에 대해서는 알려진 바가 없다.

2003년부터 2007년까지의 천왕성의 고리 변화(2005년의 천왕성에서는 밝은 구름이 보인다)

천왕성은 희미한 행성 고리를 지니는데 직경 10미터까지의 어두운 미립자 로 구성되었다. 이는 태양계에서 토성 다음으로 두 번째로 발견된 고리이다. 구분되는 13개의 고리들이 현재 알려져 있고 가장 밝은 고리는 엡실론 고리이다. 천왕성의 고리들은 오래 되지 않았을 가능성이 있다. 이들의 투명도의 차이나 틈은 이들이 천왕성과 함께 형성되지 않았음을 시사한다. 고리를 이루는 물질은 고속 충돌이나 조석력으로 인해 부서진 위성이었을 수 있다.

정확히 알려진 바는 없으나 자기장이 존재한다.

천왕성의 남반구를 찍은 사진. 왼쪽은 거의 자연색에 가까운 것이고, 오른쪽은 좀더 짧은 파장에서 촬영한 것으로 희미한 구름의 띠가 나타나 있다. 보이저 2호 촬영.

자외선과 가시광선 파장에서 천왕성을 보면, 천왕성의 대기는 다른 거대 가스 행성들과는 달리 매우 고요하며, 쌍둥이격인 해왕성과도 큰 차이를 보이고 있다. 보이저 2호가 1986년에 해왕성을 접근 통과했을 당시, 보이저가 발견한 특이한 구름은 행성 전체에 10개 뿐이었다. 이 '특징이 없는 특징'은 천왕성의 내부열이 다른 가스 행성보다 현저히 낮기 때문이다. 천왕성의 대류권 계면 에서 가장 낮은 온도는 49 K로, 태양에서 가장 먼 행성인 해왕성보다도 오히려 온도가 낮아 태양계에서 가장 추운 행성으로 기록되고 있다.

천왕성은 핵이 수축하지 않아 대기가 매우 안정적이며, 바람이 거의 불지 않는다. 그러나 최근에 여러 구름과 바람이 부는 것이 망원경 에 포착되어 관측의 대상이 되었다

2005년의 천왕성. 북반구의 밝은 구름이 보인다(HST ACS 사진).

2004년 3월부터 그해 5월까지의 짧은 기간동안, 천왕성의 대기에 커다란 구름들이 여럿 나타나 마치 해왕성과 같은 모습이 되었다. 관측 결과 229 m/s(824 km/h)라는 기록적인 속도의 바람과 "독립 기념일 불꽃놀이" 만큼 격렬하고 지속적인 뇌우가 발견되었다. 2006년 8월 23일에 우주과학 연구소(콜로라도주 볼더 소재)와 위스콘신 대학교 소속의 연구진이 천왕성 표면의 검은 점을 관측했고, 천문학자들은 천왕성의 대기 활동에 대해 보다 많은 사실을 알게 되었다. 왜 천왕성의 대기 활동이 이렇게 갑자기 급증했는지는 확실히 알 수 없지만, 천왕성의 극단적인 자전축 기울기가 계절별로 극단적인 날씨 변화를 만들어 내는 것으로 보인다. 천왕성 대기에 대한 믿을 만한 데이터가 1 천왕성년인 84 지구년 이상 축적되어 있지 못하기 때문에, 이 계절 변화의 종류를 단정하기는 어렵지만 여러 가지 연구가 진행 중이다. 약 반 천왕성년동안 진행된 광도 측정(1950년대에 시작) 결과 두 개의 분광 대역의 밝기에서 주기적인 변동이 나타났는데, 최댓값은 지점에서 최솟값은 분점에서 나타났다. 1960년대에 시작된 대류권 심층부 마이크로파 측정에서도 지점에서 최댓값이 나타나는 비슷한 주기성이 발견되었다. 1970년대부터는 성층권 의 온도 측정이 시작되었는데 이 역시 1986년, 지점 위치에서 최댓값을 보였다.

2002년 11월 19일 ESO(유럽 남방 천문대)의 파리날 천문대(칠레)에 있는 구경 8.2m VLT(초거대 망원경)로 촬영한 천왕성과 위성들(근적외선 촬영). 맨 위에서부터 천왕성의 주요 위성인 티타니아, 움브리엘, 미란다, 아리엘, 오베론과 고리가 뚜렷하게 보이고, 고리의 양 끝에 포르티아(고리 왼쪽 끝)와 퍽(고리 오른쪽 끝)이 희미하게 보인다(사진 왼쪽에 희미하게 보이는 천체는 천왕성의 위성이 아닌 멀리 있는 배경별이다).

천왕성의 위성은 현재까지 27개가 발견되었다. 중요한 5개의 위성으로는 미란다, 아리엘, 움브리엘, 티타니아, 오베론 을 들 수 있다. 이 5대 위성들의 이름은 셰익스피어의 희곡과 알렉산더 포프의 시에 나오는 요정들의 이름을 따서 지어진 것이다. 천왕성의 위성계는 4개의 가스 거대 행성중 가장 협소하며, 5대 위성의 총 질량이 해왕성의 위성인 트리톤 하나의 절반도 못미친다. 가장 큰 위성인 티타니아의 크기는 겨우 788.9km이고, 이것은 달의 절반에도 못 미친다. 하지만, 레아라는 토성의 두 번째 큰 위성보다 조금 크기 때문에, 티타니아는 태양계에서 여덟 번째로 큰 위성이다. 위성들은 대부분 상대적으로 적은 알베도(반사율)을 가지고 있으며, 움브리엘의 0.20부터 아리엘의 0.35까지 분포한다. 달들은 50% 얼음과 50%의 석질로 대부분 이루어져있으며, 얼음들은 암모니아와 이산화탄소 등으로 이루어져있음으로 추정된다.

이 위성들중에 아리엘은 적은 충돌크레이터와 함께 가장 표면이 젊고, 움브리엘이 가장 늙은 표면을 가진 것으로 보인다. 미란다의 단층 협곡은 20km정도로 깊으며, 표면 나이와 형질이 혼란스러울 정도로 다양한 위성이다. 미란다의 과거 지질적 활동성은 궤도가 지금보더 더 타원에 가까웠던 때의 조석열때문으로 추정되며, 움브리엘과의 3:1 궤도 공명 구조에 의해 생긴 조석열으로 추정된다. 비슷하게, 아리엘과 티타니아 역시 4:1 궤도 공명을 가지고 있는 것으로 추정된다.

보이저 2호가 해왕성을 향해 떠나면서 뒤돌아본 초승달 모양의 천왕성

미국 항공우주국의 보이저 2호만이 천왕성을 탐사해보았으며, 다른 탐사 계획 역시 없는 상태이다. 1977년 발사된 보이저 2호는 1986년 1월 24일 천왕성의 대기 최상단으로부터 81,500 km 지점까지 근접하였다. 보이저 2호는 천왕성 대기의 구조와 화학적 성분을 분석하였고, 10개의 새로운 위성을 발견하였으며, 97.77°라는 축 기울기 때문에 생기는 천왕성 특유의 기상 상태를 측정하였고, 고리들과 자기장 을 탐사했다. 자기장은 보통과 다른 구조를 보여주었다. 또한 천왕성의 5대 위성을 처음으로 자세하게 연구하였고, 지금까지 알려진 9개의 고리계를 모두 탐사했고, 2개의 새로운 고리를 찾았다.

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천왕성 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

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 방탄소년단 - 소우주

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 방탄소년단 - 소우주

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▶ 주제 : 태양계, 우주
https://www.youtube.com/watch?v=I50U0YzpXyM

소우주라는 제목은 도시를 비유한 단어로, 각자의 희로애락이 담긴 한 명 한 명의 인생이 모두가 이 도시를 밝히는 별빛들이라는 의미의 곡이에요. 밤하늘을 연상시키는 가사가 인상적이지요.

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[방탄소년단/BTS] 소우주(Mikrokosmos) feat.ARMY 무대 교차편집(stage mix)(lyrics ver)

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수성, 금성, 지구, 화성의 특징

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수성, 금성, 지구, 화성의 특징

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https://www.edunet.net/nedu/contsvc/viewWkstCont.do?clss_id=CLSS0000000363&menu_id=82&contents_id=d5a7f27e-6459-4afb-b88a-e802a54e5d48&svc_clss_id=CLSS0000017358&contents_openapi=naverdic

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한국교육학술정보원 운영, 교과학습, 교육정책자료, 수업·연구자료, 커뮤니티 제공

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행성의 주위를 도는 천체를 말해요. 예를 들어 지구의 주위를 도는 달이 있어요.  행성을 돌면 자연위성이라고 부르고, 사람이 만들면 인공위성이라고 불러요. 우리나라는 1992년 8월에 우리별 1호가 성공적으로 발사되었지요.

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https://astro.kasi.re.kr/learning/pageView/5157

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토성의 궤도를 넘어서면 청녹색의 행성 천왕성이 존재한다. 천왕성은 1781년 4월 천문학자이자 음악가인 허셜(William Herschel)에 의해 처음으로 발견되었다. 1781년 3월 그는 쌍둥이자리 근처에서 이상한 천체를 발견하였으나 이를 태양에서 멀리 떨어져 있어 꼬리가 아직 발달되지 않은 혜성일 것이라 생각했다. 이후 꾸준한 관측결과 이 천체가 태양을 중심으로 공전하는 행성인 것을 확인 하였다.

천왕성은 육안이 아닌 망원경으로 발견된 최초의 행성이며, 전 세계 아마추어 천문학자들에게 희망을 주었을 뿐 아니라 발견된 궤도위치가 독일의 천문학자 보데(Johann Elert Bode)가 주장한 보데의 법칙을 증명해주었다 점에서 더 유명해졌다.

천왕성은 반지름 25,559km의 구형으로서 토성의 지름의 약 1/2보다 조금 작고 목성 지름의 약 1/3에 해당한다. 그러나 지구보다는 약 4배나 크다. 망원경으로 보아도 아주 작고 흐려 크기를 결정할 수 없었던 천왕성의 지름을 측정할 수 있었던 것은 1977년 어떤 행성이 다른 별의 표면을 통과하는 엄폐(掩蔽)현상이 이 천왕성에게 나타났기 때문이다. 이 때 천왕성이 움직이는 속도와 별을 가리는 시간을 측정하여 계산한 결과 지금 우리가 알고 있는 천왕성의 지름을 계산할 수 있었던 것이다. 천왕성의 질량은 목성, 토성보다 작긴 하지만 지구의 약 15배에 이르는 8.7×10 ²⁵ kg이다.

우라노스(Uranus), 천왕성은 고대인이 지은 이름이 아닌 근세 이후에 발견된 행성으로, 사용되지 않은 신화속의 인물의 이름이 붙은 것이다. 즉 천체의 겉모습이나 운행상의 특징으로 붙는 신의 이름과는 거리가 멀다. 또한 우라노스는 그리스 신화에서 유래된 명칭이며 그리스 신화의 주신 제우스의 할아버지에 해당한다. 그리고 크로노스(토성)가 아들인 제우스(목성)에게 쫓겨난 것처럼 우라노스(천왕성) 또한 아들인 크로노스(토성)의 아버지로서 쫓겨났다.

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허셜의 행성 | 천왕성 | 태양계 | 천문학습관 | 천문우주지식정보

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토성의 궤도를 넘어서면 청녹색의 행성 천왕성이 존재한다. 천왕성은 1781년 4월 천문학자이자 음악가인 허셜(William Herschel)에 의해 처음으로 발견되었다. 1781년 3월 그는 쌍둥이자리 근처에서 이상한 천체를 발견하였으나 이를 태양에서 멀리 떨어져 있어 꼬리가 아직 발달되지 않은 혜성일 것이라 생각했다. 이후 꾸준한 관측결과 이 천체가 태양을 중심으로 공전하는 행성인 것을 확인 하였다.

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수성, 금성, 지구, 화성의 특징

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수성, 금성, 지구, 화성의 특징

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네이버 블로그 | 교육부

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지 구형 행성 수성, 금성, 지구, 화성의 특징은?

교육부 ・ 2019. 6. 12. 10:33

교육부 제공 콘텐츠 중 많은 학생·선생님들의

관심을 받았던 인기 주제를 다시 소개합니다!

첫 번째 편은 최고 조회수를 기록한

'지구형 행성' 이야기입니다.

​

태양계 내의 행성은 특징에 따라 크게 지구형 행성과 목성형 행성으로 구분할 수 있습니다. 지구와 평균 밀도·질량·크기 등이 비슷한 수성·금성·화성·지구를 통틀어 '지구형 행성'이라고 하는데 지구형 행성은 그 바깥쪽에 있는 '목성형 행성'과는 여러 가지 면에서 다른 성질을 가지고 있습니다.

지구형 행성은 목성형(목성·토성·천왕성·해왕성) 행성보다 크기가 확연히 작습니다. 지구와 비슷하게 단단한 암석으로 이루어져 있으며 대기는 이산화탄소·질소·산소를 주성분으로 하지만 대기층이 엷고, 그중에는 대기를 거의 가지고 있지 않은 것도 있습니다. 자전 속도가 목성형 행성에 비해 느리고, 위성의 수도 적습니다.

​

오늘은 우리가 속해 있는 우주, 태양계의 지구형 행성들의 특징을 알아보았습니다. 다음 번에는 더 재미있고 흥미로운 교육 정보로 찾아뵙겠습니다. 많이 기대해주세요.

​

출처_에듀넷

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지구형 행성 수성, 금성, 지구, 화성의 특징은?

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교육부 제공 콘텐츠 중 많은 학생·선생님들의 관심을 받았던 인기 주제를 다시 소개합니다! 첫 번째 편은 ...

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https://namu.wiki/w/%ED%95%B4%EC%99%95%EC%84%B1

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https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%95%B4%EC%99%95%EC%84%B1

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Neptune

보이저 2호 가 찍은 해왕성.

발견

발견자

위르뱅 르베리에
존 쿠치 애덤스
요한 고트프리트 갈레
하인리히 다레스트

날짜

1846년 9월 23일

궤도 성질 (역기점 J2000)

긴 반지름

4,498,252,900 km
30.068 963 48 AU

둘레

155,600 km

궤도 둘레

28.263 T m
188.925 AU

근일점

4,459,631,496 km
29.810 795 27 AU

원일점

4,536,874,325 km
30.327 131 69 AU

공전 주기

60,223.3528 d
(164.88 a)

평균 공전 속도

5.432 km/s

최대 공전 속도

5.479 km/s

최소 공전 속도

5.385 km/s

궤도 경사

1.769 17°
(태양 적도와는 6.43°)

물리적 성질

적도 지름

49,528 km [1]
( 지구 의 3.883배)

극 지름

48,681 km
(지구의 3.829배)

표면적

7.619×10 ⁹km ²

부피

6.254×10 ¹³ km ³
(지구의 57.74배)

질량

1.0243×10 ²⁶ kg
(지구의 17.147배)

평균 밀도

1.638 g/cm ³

표면 중력
(1 bar)

11.15 m/s²
(1.14 g)

자전 주기

16.11 h (16 h 6 min 36 s) ¹

자전 속도

2.68 km/s = 9660 km/h
(적도 기준)

표면 온도

대기 성질

대기압

≫100 MPa

수소 - H ₂

80% ±3.2%

메테인 - CH ₄

1.5% ±0.5%

중수소 - HD

192 ppm

에테인 - C ₂H ₆

1.5 ppm

해왕성(海王星, 라틴어: Neptunus)은 태양계의 8개 행성 중 여덟 번째 행성이다. 해왕(海王)은 '바다의 왕'이라는 한자어로, 포세이돈( 그리스 신화명) 또는 넵투누스( 로마 신화명)를 번역한 것이다. 해왕성은 8개 행성 중에서 직경으로는 4번째로 크고, 질량으로는 3번째로 크다. 해왕성의 질량은 지구의 17배로, 질량이 지구의 15배인 쌍둥이 행성 천왕성보다 약간 더 무겁다.[2] 해왕성과 태양의 평균 거리는 45억 1,300만 km(30.1 AU)이며, 지구와 태양 사이 거리의 대략 30배에 해당한다. 천문 기호는 포세이돈의 트라이던트(삼지창)을 형상화한 이다.

해왕성은 맨눈으로 볼 수 없기 때문에 경험적 관측이 아닌 수학적 계산으로 발견된 태양계 행성 중 유일한 행성이다. 천왕성의 궤도에 예기치 않은 변화가 있자 알레시 부봐르는 천왕성의 궤도가 발견되지 않은 행성의 중력 섭동에 영향을 받고 있다고 추론했다. 그 후 1840년대에 위르뱅 르베리에가 그 행성의 궤도를 예측했고, 1846년에 요한 고트프리트 갈레가 르베리에가 예측했던 위치 범위 안에서 해왕성을 관측했다. 얼마 뒤에 해왕성의 제1위성인 트리톤이 발견되었지만, 나머지 13개의 위성들은 19세기가 다 가도록 발견되지 못했다. 해왕성을 방문한 우주선은 1989년 8월 25일에 해왕성을 접근 통과한 보이저 2호 하나뿐이다.

해왕성의 구성 성분은 천왕성과 꽤 비슷하며, 목성이나 토성 같은 거대 가스 행성들과는 구분되는 성분상의 차이가 존재한다. 목성과 토성은 대기에 수소와 헬륨을 대량 포함하지만 해왕성의 대기는 극미량의 탄화수소와 질소를 포함하고 있으며, 물, 암모니아, 메테인 등이 얼어붙은 얼음질이 높은 비율을 차지한다. 천문학자들은 이런 차이점을 강조하기 위해 천왕성과 해왕성을 거대 얼음 행성으로 따로 분류하기도 한다. 해왕성의 내부 구조는 천왕성과 마찬가지로 얼음과 암석으로 이루어져 있는 것으로 추정된다. 행성의 가장 바깥층에는 메테인이 미량 존재하여 행성이 밝고 맑은 파란 색깔을 띤다.

표면상에 아무 특징도 없는 천왕성과 달리 해왕성의 대기에서는 역동적이며 관측 가능한 기상 현상이 측정되고 있다. 1989년, 보이저 2호의 해왕성 접근 통과 때 해왕성의 남반구에서 목성의 대적점에 필적하는 대암반이 발견된 것이 그 예들 중 하나이다. 이런 기상 현상들은 시속 2100 킬로미터 속도의, 태양계에서 가장 강력한 바람으로 유지된다. 태양에서 엄청나게 멀리 떨어져 있기 때문에 해왕성의 바깥쪽 대기는 태양계에서 가장 추운 장소들 중 하나이며, 구름층의 꼭대기는 거의 −218 °C(55 K)에 달한다. 반면 행성 중심부의 온도는 대략 5000 °C(5400 K)이다. 해왕성에는 파편으로 이루어진 희미한 고리 구조 가 있는데, 1960년대에 고리의 존재에 대해 논란이 있었으나 1989년에 보이저 2호의 탐사를 통해 존재가 확인되었다.

갈릴레오 갈릴레이의 관측 그림에 따르면 그는 1612년 12월 28일과 1613년 1월 27일에 해왕성을 본 적이 있다. 하지만 갈릴레오는 목성 옆에 있던 해왕성을 붙박이별로 착각했으므로, 해왕성을 행성으로서 발견한 사람은 아니다. 1612년 12월의 첫 관측 당시 해왕성은 막 역행 운동으로 돌아선 때였기 때문에 겉보기상으로는 움직이지 않았다. 해왕성이 역행 주기를 시작했을 때엔 움직임이 너무 미약해서 갈릴레오의 부실한 망원경으로는 감지하기에 무리였을 것이다. 한편 멜버른 대학교 의 천문학자 데이비드 제이미슨은 2009년 7월에, 갈릴레오가 자신이 발견한 별이 다른 붙박이별들과 달리 움직였다는 것을 알아차렸다는 새로운 증거가 발견되었다고 주장했다.

1821년에 알레시 부봐르가 해왕성의 이웃 행성, 천왕성의 궤도에 대한 천문표를 출판했다. 그런데 이후의 관측에서 천문표와 어긋나는 결과가 상당량 발견되었으며, 부봐르는 미지의 물체가 중력적 상호 작용을 통해 천왕성의 궤도에 섭동을 일으킨다는 가설을 세웠다. 1843년에는 존 쿠치 애덤스가 천왕성의 운동에 영향을 미치는, 가상의 여덟 번째 행성의 궤도를 계산했다. 애덤스는 자신의 계산 결과를 왕실천문관 조지 에어리 경 에게 보냈는데, 에어리는 애덤스에게 해명을 더 요구했다. 애덤스는 답신의 초고를 쓰기 시작했지만 보내지는 않았으며, 이후 천왕성 문제를 적극적으로 다루지 않았다.

갈릴레오 갈릴레이

위르뱅 르베리에.

애덤스와는 별도로 1845년과 1846년에는 위르뱅 르베리에가 독자적으로 계산을 수행했지만, 역시 동료들에게서 큰 반응을 얻지 못했다. 그러나 6월이 되어 르베리에가 행성의 황경에 대한 계산을 출판했고, 그것을 본 에어리는 애덤스의 계산과 유사점을 발견했다. 에어리는 행성을 찾아보자고 케임브리지 천문대장 제임스 챌리스 를 설득했다. 하지만 챌리스가 8월과 9월 내내 하늘을 훑고 다녔는데도 별 소득이 없었다.

그 사이 르베리에는 서한으로 베를린 천문대의 천문학자 요한 고트프리트 갈레를 재촉했다. 당시 베를린 천문대 연구생이었던 하인리히 다레스트는 르베리에가 예측한 지점 근처를 그린 최근의 성도와 현재 하늘을 비교해서 붙박이별과 구별되는 행성 의 시운동적 특징을 찾을 수 있다고 갈레에게 건의했다. 르베리에의 편지가 도착한 1846년 9월 23일 바로 그날 저녁, 해왕성은 르베리에가 예측한 지점에서 1° 어긋난 지점, 애덤스가 예측한 지점에서 12° 어긋난 지점에서 발견되었다. 이후 챌리스는 자기가 8월에 행성을 두 번이나 봤지만 무심결에 지나쳐 버렸었다는 사실을 뒤늦게 깨달았지만 자기 발견을 증명하는 데 실패했다.

행성이 발견되자, 누가 먼저 발견했느냐, 누구에게 공로를 돌리느냐를 두고 프랑스와 영국 사이에 민족주의적 경쟁이 일어났다. 결국 르베리에와 애덤스 둘 다에게 공로가 있다는 국제적 총의가 형성되었다. 하지만 1998년에 미국의 천문학자 올린 에겐이 훔쳐 칠레로 도망갔던, 〈해왕성 문서〉("Neptune papers"; 왕립 그리니치 천문대의 역사적 문서)가 재발견되면서 역사가들이 이 문제를 다시 다루게 된다. 문서를 검토한 뒤, 일부 역사가들은 애덤스는 르베리에와 동등하게 대접받을 자격이 없다고 주장했다. 데니스 롤린스는 1966년부터 애덤스가 공동발견의 권리를 주장할 자격이 있는지에 대해 질문을 던져 왔다. 1992년, 저널 《디오》( Dio)에서 롤린스는 영국이 공로를 "훔쳐갔다"고 간주했다. "애덤스가 계산을 좀 하긴 했지만, 그는 해왕성이 정확히 어디 있는지의 문제에는 확신이 없었다." 〈행성 도난 사건: 영국인들이 해왕성을 훔쳤다!〉논문을 쓴 유니버시티 칼리지 런던의 니콜라스 콜러스트롬 의 말이다.

해왕성이 발견되고 얼마 되지 않았을 때는 해왕성을 그냥 "천왕성 바깥 행성"이나 "르베리에의 행성"이라고 불렀다. 처음으로 이름을 제안한 사람은 갈레였는데, 그는 ' 야누스'('Janus')라는 이름을 제안했다. 한편, 잉글랜드에서는 챌리스가 ' 오케아노스'( Oceanus)라는 이름을 제출했다.

르베리에는 재빨리 자기 발견물을 자기가 명명할 권리를 내세우며 '넵튠'( Neptune)이라는 이름이 프랑스 경도국에서 인증받은 이름이라고 거짓 주장을 했다. 그런데 10월이 되자 그는 행성을 자기 이름을 따서 '르베리에'( Le Verrier)라고 명명하려고 했으며, 천문대장 프랑수아 아라고의 지지까지 확보한 상태였다. 그러나 이 시도는 프랑스 외부에서 강한 반발에 부딪혔다. 프랑스의 책력들은 급히 천왕성을 그 발견자 허셜 경의 이름을 따 '허셜'( Herschel)이라고 표기하기 시작했으며, 새로 발견된 행성도 덩달아 '르베리에'라고 표기했다. 1846년 12월 29일에 스트루베가 상트 페테르부르크 과학 아카데미에서 '넵튠'을 지지한다고 밝혔고, 곧 '넵튠'이라는 이름이 국제적으로 인정받게 되었다. 로마 신화에서 넵투누스는 바다의 신으로, 그리스 신화의 포세이돈 에 대응되는 신이다.

오늘날 대부분의 언어들은 이 행성을 '넵튠'이라고 부르고 있으며, 그리스 로마 신화와 직접적 관련이 없는 나라들도 '넵튠'이 변형된 이름을 사용한다. 예외는 한자 문화권으로, 일본어, 중국어, 한국어, 베트남어 는 바다의 신인 넵투누스의 역할을 의역하여 바다의 왕이라는 뜻에서 '해왕성'(海王星)이라고 부른다.

1840년대에 발견되고부터 1930년대까지 해왕성은 태양계 최외곽 행성이었다. 1930년에 명왕성이 발견됨으로써 해왕성은, 1979년부터 1999년까지 명왕성이 해왕성 궤도 안으로 들어오는 20년 주기를 제외하고는 뒤에서 두 번째 행성이 되었다. 그러나, 1992년에 카이퍼 대가 발견되자 많은 천문학자들은 명왕성이 행성인지 카이퍼 대의 큰 천체에 불과한지에 대해 논쟁을 벌이기 시작했다. 2006년, 국제천문연맹은 마침내 "행성"이라는 말의 의미를 최초로 정의했으며, 명왕성은 " 왜행성"으로 재분류되었다. 고로 해왕성은 다시 태양계 최외곽 행성이 되었다.

해왕성과 지구의 크기 비교.

해왕성의 적도 반지름은 24,764km로 지구의 거의 4배이다. 해왕성과 천왕성은 질량이 지구와 목성 중간 정도인데다 물, 암모니아 등의 휘발성 물질이 내부 구성 물질 중 차지하는 비중이 높기 때문에, 목성이나 토성과 같은 거대 가스 행성과 구별하여 거대 얼음 행성으로 부르기도 한다. 이런 이유에서 외계 행성 탐사에 있어 목성과 비슷한 질량 또는 그 이상을 '목성족(族)'으로 부르는 것처럼 질량이 해왕성과 비슷한 천체들을 '해왕성족'으로 부르고 있다.

해왕성의 내부 구조는 천왕성과 유사하다. 전체 질량의 5 ~ 10%, 표층에서 핵까지 부피의 10 ~ 20%를 대기가 차지하며, 대기압은 약 10 GPa이다. 대기의 하층부에서는 메테인, 암모니아, 물 이 응축되는 것이 발견되었다.

해왕성의 내부 구조
1. 해왕성의 상층부를 덮고 있는 대기
2. 수소, 헬륨, 그리고 메테인 가스를 포함하는 대기
3. 물, 암모니아, 그리고 메테인 얼음을 포함하는 맨틀
4. 돌과 얼음을 포함하는 핵

이 어둡고 뜨거운 영역은 점차로 온도 2,000 K ~ 5,000 K의 초열 상태의 액체 맨틀로 응축된다. 해왕성의 맨틀은 질량이 10 ~ 15 지구질량이며 물과 암모니아, 메테인이 풍부하다. 이 혼합물은 고온고압의 유체지만 통상적인 행성과학에서 "얼음"이라고 불린다. 전기 전도성이 높은 이 유체는 암모니아수의 바다(water-ammonia ocean)라고 불리기도 한다. 해왕성 내부 7000 km 깊이는 메테인이 분해된 뒤 탄소가 다이아몬드 결정이 되어 핵으로 가라앉는 환경일 가능성도 있다.

높은 고도에서 해왕성 대기는 80%가 수소, 19%가 헬륨이다. 극미량의 메테인도 존재하는데, 스펙트럼 상에서 붉은색과 적외선의 영역인 600 nm 파장에서 메테인의 흡수선이 나타난다. 천왕성과 마찬가지로 해왕성도 대기중의 메테인이 붉은 빛을 흡수, 푸른 빛을 띠게 만든다. 하지만 해왕성의 깔끔한 담청색은 천왕성의 탁한 청록색 과는 차이가 있다. 해왕성의 대기 중에 존재하는 메테인 성분은 천왕성과 비슷하지만, 메테인에 더해 어떤 미지의 성분이 해왕성의 색깔을 만들어낸다고 추측된다.

해왕성의 대기는 고도가 높아짐에 따라 온도가 낮아지는 아래쪽의 대류권과 고도가 높아짐에 따라 온도가 높아지는 성층권, 두 부분으로 다시 나뉜다. 둘 사이의 경계인 권계면에서는 기압이 대략 0.1 바 (10 kPa)인 곳에서 나타난다. 성층권은 기압이 10 −5 ~ 10 −4 마이크로바 (1 ~ 10 Pa) 이하인 곳에서 열권과 나뉜다. 열권은 점차 외기권 으로 넘어간다.

해왕성의 대류권은 고도에 따라 다양한 구성 성분을 나타내는 구름들로 둘러싸여 있는 듯 하다. 상층부의 구름들은 메탄이 응축하기에 적당한 온도를 나타내는 1 바 이하의 압력에서 형성되며, 1 바 ~ 5 바(100 ~ 500 kPa) 정도 압력에서는 암모니아와 황화 수소의 구름이 형성되는 것으로 추측된다. 5 바 이상의 압력에서는 암모니아, 황화 암모늄, 황화 수소, 물로 이루어진 구름이 만들어진다. 더 깊은 곳에 존재하는 수빙질 의 구름은 온도가 0 °C에 도달하는 약 50 바(5.0 MPa)의 압력에서 형성되는 것으로 보인다. 한편, 밑바닥에서는 암모니아와 황화 수소의 구름이 발견될 가능성이 존재한다.

해왕성의 고고도 구름이 아래쪽의 불투명한 구름 마루에 그림자 를 드리우는 것이 관측된 바도 있다. 또한 일정한 위도에 존재하는 고고도 구름띠도 존재한다. 이 원형의 구름띠들은 너비가 약 50-150 km이며 구름 마루 위 약 50-110 km 상공에 위치하고 있다.

해왕성의 열권은 약 750 K이라는 이례적인 고온을 나타내는데, 그 이유는 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 해왕성은 태양의 열을 받기에는 너무 멀기 때문에 이 열은 자외선 복사 에너지때문에 만들어지는 것으로 보인다. 해왕성 대기가 가열되는 메커니즘의 가설 중 하나로 자기권 내의 이온들이 상호작용한다는 것이 있다. 다른 가설로는 해왕성 내부에서 발생하는 충격파가 대기권에서 열을 방산한다는 것이 있다. 열권은 극소량의 이산화 탄소와 물을 포함하고 있는데, 이것들은 운석 과 먼지 등의 외부 물질 때문에 해왕성 내에 쌓이게 된 것으로 보인다.

해왕성은 그 자기권도 천왕성과 비슷하다. 해왕성의 자기장은 자전축에 47° 기울어져 있으며, 반지름의 0.55배 지점에서부터 행성의 물리적 중심에서 약 13500 km 떨어진 곳까지 갈라져 나온다. 보이저 2호가 해왕성에 도착하기 전에는 천왕성의 기울어진 자기권이 옆으로 비스듬한 천왕성 고유의 자전 모양 때문이라는 가설도 세워졌었다. 그러나 두 행성의 자기장을 비교한 결과, 현재 과학자들은 자기장의 극단적인 방향이 행성 내부의 유동을 나타낸다고 생각하고 있다. 이 장은 전기 전도성 액체(암모니아, 메테인, 물의 화합물로 추측)로 이루어진 얇은 구형 층 속에서 대류하는 유체의 움직임, 즉 다이너모 때문에 만들어지는 듯하다.

해왕성의 자기 적도에서 자기장의 쌍극자 성분은 약 14 마이크로테슬라(0.14G)이다. 해왕성의 쌍극자 자기 모멘트는 약 2.2 × 10 ¹⁷ T·m ³ (14 μT· ³, 여기서 은 해왕성의 반지름)이다. 해왕성의 자기장은 쌍극자 모멘트의 강도를 넘는 강한 사중극자 모멘트를 포함하여 비 쌍극자 구성요소의 상대적으로 큰 기여를 포함하는 복잡한 기하학을 가지고 있다. 반면 지구, 목성, 토성은 사중극자 모멘트가 상대적으로 작으며 극축에서 장이 덜 기울어져 있다. 해왕성의 큰 사중극자 모멘트는 행성의 중심으로부터의 오프셋과 필드의 발전기의 기하학적 제약의 결과일 수 있다.

해왕성의 뱃머리 충격파는 해왕성의 반경 34.9배 지점에서 발생한다. 자기권이 태양풍을 상쇄하는 자기권계면 은 행성의 반경 23 ~ 26.5배 지점에 있다. 자기권의 말단은 해왕성의 반지름의 최소 72배 지점까지 펼쳐져 있으며, 더 멀리까지 퍼져 있을 가능성이 높다.

해왕성과 천왕성의 차이 중 하나는 기상 활동이다. 보이저 2호 가 1986년 천왕성을 스쳐 지나갔을 때 천왕성은 시각적으로 매우 고요해 보였다. 반대로 1989년 보이저 2호가 해왕성 지나가면서 행성의 영상을 담았는데, 천왕성과는 달리 기상 현상이 발생하는 증거들을 포착할 수 있었다.

해왕성 표면의 기상 현상들. 대흑점(위쪽)과 스쿠터(중간의 흰 구름)[56], 소흑점(아래)이 보인다.

해왕성의 날씨 중 특이한 점이라면 엄청나게 빠른 태풍을 들 수 있다. 해왕성의 바람은 초속 600미터에 육박하는 속도로 몰아치는데, 이는 음속 의 두 배에 가까운 빠르기이다. 그러나 해왕성의 대기 흐름은 보편적으로는 조금 더 느린데, 해왕성 대기에 항상 떠 있는 구름의 움직임을 분석한 결과 바람은 동쪽 방향으로 초속 20미터 수준에서 서쪽 방향으로 초속 325미터 정도까지 다양했다. 구름 상층부에는 적도 근처의 경우 초속 400미터, 양극 지대의 경우 초속 250미터의 바람이 넓은 영역에 걸쳐 불고 있다. 해왕성 대부분의 바람은 행성이 자전하는 방향과 반대로 움직인다. 바람이 움직이는 보편적 방향은 고위도 지역에서는 자전과 같은 방향이나, 저위도 지역에서는 역방향이다. 이처럼 바람 부는 방향이 반대로 나타나는 이유로 '피부 효과'를 들고 있으며, 대기 깊은 곳에서의 대기 과정 때문은 아닌 것으로 보인다. 해왕성 남위 70도의 고속 제트는 초속 300미터 속도로 움직인다.

대기 중 메테인이 풍부하기 때문에 해왕성 적도의 에테인과 아세틸렌 함량은 극지방보다 10~100배 더 높다. 이는 적도에서 대기가 상승하고 반대로 극지역에서 하강하는 것의 결과로 해석된다.

2007년 해왕성의 남극 상층 대기가 다른 지역보다 섭씨 10도 더 따뜻한 것으로 밝혀졌다(구체적 온도는 섭씨 영하 200도 정도이다). 이와 같은 온도 차이 때문에 메테인 기체(해왕성 대기 상층부에 얼어 있다)가 남극으로부터 우주로 탈출하게 된다. 이러한 상대적 '열점'은 해왕성의 자전축이 기울어져 있기 때문인데, 해왕성의 1년 중 마지막 4/4분기(지구 시간으로 약 40년이다)에 태양을 향해 남극이 기울어져 있기 때문이다. 같은 이유로 남반부 대신 북반부가 태양을 향해 기울어지면서 메테인 방출 현상은 북반부로 그 자리를 옮기게 된다.

계절의 변화 때문에 해왕성 남반구의 구름 띠들은 그 규모 및 반사율이 늘어나는 모습이 관측되어 왔다. 이 추세는 1980년부터 시작되었으며 2020년까지는 계속 관측될 것으로 보인다. 해왕성은 태양으로부터 매우 멀리 떨어져 있기 때문에 계절 하나의 길이가 40년은 된다.

1989년, 미국 항공우주국의 보이저 2호 우주선이 해왕성에서 지름 13000×6600 km의 고기압성 폭풍 구조인 대흑점( The Great Dark Spot)을 발견했다. 이 폭풍은 목성의 대적점과 닮았다. 그러나 5년 뒤인 1994년 11월 2일에 허블 우주 망원경 이 해왕성을 관측했을 때는 대흑점이 보이지 않았다. 대신 대흑점과 비슷한 새 폭풍이 해왕성 북반구에서 발견되었다.

대흑점에서 훨씬 남쪽으로 내려간 곳에는 흰색 구름 뭉치로 이루어진 다른 폭풍, 스쿠터( Scooter)가 있다. 스쿠터라는 이름은 보이저 2호가 이것을 발견했을 당시 대흑점보다 빠르게 움직였기 때문에 붙은 것이다. 소흑점( The Small Dark Spot)은 남반구의 저기압성 폭풍으로, 1989년 조우 당시 두 번째로 강력했던 폭풍이다. 소흑점은 처음에는 시커먼 색깔이었지만, 보이저가 해왕성에 접근함에 따라 중심 부분이 밝게 변했고, 대부분의 고해상도 사진에서 이 점을 확인할 수 있다.

해왕성의 대류권 내에서 흑점 폭풍들은 밝은 구름들보다 낮은 고도에서 일어나는 것으로 보이며, 그 때문에 구름 상층부에 난 구멍처럼 보이는 것 같다. 몇 달 동안 형태가 유지되는 안정된 구조라는 점에서, 소용돌이 구조로 이루어진 것으로 추측된다. 흑점들이 대류권 계면 층 근처에서 생성되는 밝은 잔류성 메테인 구름과 합쳐질 때도 있는데, 이렇게 만들어진 동반 구름의 존속은 전에는 흑점이었던 것이 검은색을 띠지 않는 사이클론의 형태로 변해 남아 있을 수 있다는 것을 시사한다. 흑점들은 적도 쪽으로 너무 가까이 이동했거나 그 외의 다른 미지의 메커니즘에 의해 흩어져 없어지는 것 같다.

천왕성과 비교했을 때, 해왕성이 보다 활동적인 기상 현상을 나타내는 것은 해왕성의 내부열이 더 높은 것에 일부 원인이 있는 것으로 보인다. 해왕성과 태양 사이의 거리는 천왕성과 태양 사이의 거리보다 50% 더 멀고, 해왕성은 천왕성이 받는 태양광의 40%밖에 받지 못하지만, 두 행성의 표면 온도는 대략 같다. 해왕성의 대류권의 상층부는 −221.4 °C (51.7 K)의 저온이고, 기압이 1 bar (100 kPa) 정도 되는 깊이에서는 온도가 −201.15 °C (72.0 K)이다. 하지만 가스층 깊이 들어갈수록 온도는 일정하게 증가한다. 천왕성과 마찬가지로 이 열의 원인은 알려지지 않았으나, 해왕성의 것이 더 크다. 천왕성이 태양에서 받는 에너지의 1.1배만 방출하는데 비해, 해왕성은 태양에게서 받는 에너지의 2.61배를 방출한다. 해왕성은 태양에서 가장 멀리 떨어져 있는 행성이지만 태양계에서 가장 강력한 바람을 유지할 수 있는 내부 에너지를 가지고 있다. 이 현상을 설명하기 위한 여러 가지 합리적인 해석들이 제안되었는데, 그 중에는 행성의 핵에서 일어나는 방사능 붕괴로 인한 붕괴열이라는 설부터, 고압에서 메테인이 수소, 다이아몬드, 탄화수소로 전환되고 수소와 다이아몬드가 각각 떠오르고 가라앉으며 중력 위치 에너지를 내놓는다는 설, 하층 대기에서 일어난 대류가 중량파 를 만들어 대류권 계면을 교란하기 때문이라는 설 등이 있다.

해왕성과 태양의 평균 거리는 45억 5천만 킬로미터로 30.1천문단위이다. 해왕성이 태양을 1회 도는 데 걸리는 시간은 164.79년이다. 해왕성은 2011년 7월 12일이면 1846년 처음 발견되었던 그 자리로 되돌아오게 된다. 그러나 이 때의 지구 하늘 에서 해왕성 위치는 1846년의 그 자리는 아닌데, 그 이유는 당시의 지구 위치와 2011년 7월 12일의 지구 위치는 다르기 때문이다.

해왕성의 궤도경사각은 지구에 대해 1.77도 기울어져 있다. 해왕성의 궤도 이심률은 0.011로, 태양에서 가장 가까울 때와 멀어질 때의 거리 차이는 1억 1백만 킬로미터로 거의 원에 가깝다.

해왕성의 자전축 기울기는 28.32도로 지구의 23도, 화성 의 25도와 비슷하다. 그 결과 지구, 화성처럼 해왕성은 1회 공전주기에 걸쳐 계절의 변화가 나타난다. 그러나 해왕성의 공전 주기는 매우 길기 때문에 계절은 지구 시간으로 40년씩 지속된다. 해왕성의 자전 주기는 약 16.11 시간이다. 자전축 기울기가 지구와 비슷하기 때문에 해왕성의 낮 길이는 해왕성의 1 공전 주기에 걸쳐 극심한 변화를 보이지는 않는다.

해왕성의 표면은 딱딱한 고체가 아니기 때문에 자전 속도는 해왕성의 위도에 따라 다르다. 적도 일대의 자전 주기는 18시간 정도로 이는 행성의 자기장 자전 주기 16.1시간보다 느리다. 반대로 양극 지대의 자전 주기는 12시간 정도로 매우 빠르다. 해왕성은 가스 행성들 중 적도와 극의 자전 속도 차이가 가장 많이 난다. 위도 방향으로 강력한 바람이 부는 원인이 된다.

해왕성이 카이퍼 대에 일으키는 궤도 공명을 나타낸 도해. 왼쪽에서 오른쪽으로: 2:3 명왕성족, 색칠된 부분 큐비원족, 1:2 공명 해왕성 바깥 천체.

해왕성 궤도 너머 카이퍼 대는 해왕성에 의해 심한 충격을 받는다. 카이퍼 대는 작은 얼음 천체들로 이루어진 원반형의 영역으로, 소행성대와 비슷하지만 태양으로부터 거리 30AU ~ 55AU에 걸쳐 있는, 훨씬 멀고 넓은 영역이다. 목성 의 중력이 소행성대를 지배하면서 그 구조를 형성하는 것과 같이 해왕성의 중력은 카이퍼 대를 지배한다. 태양계의 나이만큼 오랜 시간 동안 카이퍼 대의 특정 지역들이 해왕성의 중력 때문에 불안정해졌고, 카이퍼 대 구조 안에 틈을 만들어냈다. 40AU ~ 42AU 거리 영역이 그 예이다.

그런데 이 빈 공간에 궤도가 존재하는 천체들은 태양계의 나이만큼 오랜 시간동안 살아남을 수 있다. 해왕성의 공전 주기와 그 천체의 공전 주기가 1:2나 3:4와 같은 특정한 비를 이루면 궤도 공명이 일어나는 것이다. 즉, 해왕성이 태양을 두 바퀴 공전할 때 문제의 천체가 태양을 한 바퀴 공전한다면, 해왕성이 원래의 자리로 돌아올 때까지 천체는 자기 궤도의 절반만 지나가게 된다. 이런 천체들이 200개 이상 발견된 카이퍼 대는 가장 많은 공명 천체들이 발견된 곳이며, 이곳의 공명 천체들은 2:3으로 공명, 즉 해왕성이 3번 공전할 동안 2번 공전하며, 명왕성족도 이에 포함된다. 때문에 명왕성 이 해왕성의 궤도를 주기적으로 가로지르지만, 둘이 충돌하는 일은 절대 일어나지 않는다. 한편, 3:4, 3:5, 4:7, 2:5 공명 천체는 다소 수가 적은 편이다.

해왕성은 많은 수의 트로이군 천체들을 지배하고 있는데, 이것들은 태양과 해왕성의 L ₄ 라그랑주점에 분포한다. 해왕성 트로이족들은 해왕성과 1:1로 공명하며, 궤도상에서 희한할 정도로 안정되어 있다. 또한, 이들은 해왕성에게 붙잡힌 것이 아니라 해왕성과 함께 만들어진 것으로 보인다. 그런 한편, 해왕성의 L ₅라그랑주점과 관계성이 있는 천체가 확인된 바로는 2008 LC18 이 최초이자 현재까지 유일하다.

해왕성의 형성과 행성 이동

외행성과 카이퍼 대 시뮬레이션:
a) 목성, 토성의 2:1 궤도 공명 이전.
b) 해왕성의 궤도가 이동함으로써 카이퍼 대가 산란된다.
c) 목성이 카이퍼 대 천체들을 태양계 외곽으로 던져버린다.

해왕성이나 천왕성 같은 거대 얼음 행성의 형성 과정은 정확한 모델을 만들기 어렵다. 현재 모델에서, 태양계 외곽부 위치의 태양 성운의 밀도가 너무 낮아 전통적으로 받아들여진 핵 강착 이론으로는 거대 천체를 형성한 원인을 설명할 수 없다. 그리고 이들의 형성을 설명하기 위한 여러 가지 가설들이 제시되었다. 그 중 하나로 거대 얼음 행성들은 핵 강착으로 만들어진 것이 아니며, 원시 행성계 원반 내에서 불안정하게 형성된 뒤 근처의 크고 무거운 OB형 항성 의 복사 에너지가 그 대기를 날려버렸다는 가설이 있다.

또다른 가설은 거대 얼음 행성들이 태양 가까이, 밀도가 높은 곳에서 형성되었고, 가스체의 원시 행성계 원반이 사라지고 나서 현재의 궤도로 이동했다는 것이다. 현재 이 "형성 후 이동" 이론이 우위에 있는데, 그 이유는 이 이론을 따르면 해왕성 너머 지역에 있는 소천체들을 점유하는 현상을 설명하기 쉽기 때문이다. 현재 이 가설의 세부에 대한 설명 중에서 가장 널리 인정되고 있는 것은 나이스 모델 으로, 해왕성을 비롯한 거대 행성들이 이동하면서 카이퍼 대의 구조에 미치는 영향을 탐구한다.

해왕성의 위성들은 지금까지 14개가 발견되었다. 제1위성 트리톤은 14개 위성들 중 압도적으로 크고 무거워, 해왕성 주위를 공전하는 천체들의 질량 중 99.5% 이상을 차지하며, 회전구면체 형태를 유지할 수 있을 만큼 질량이 큰 유일한 해왕성 위성이다. 트리톤은 해왕성이 발견되고 불과 17일 뒤에 윌리엄 러셀이 발견했다. 태양계의 다른 거대 위성들과 달리 트리톤은 역행 궤도를 따라 공전하는데, 이것은 트리톤이 해왕성과 함께 생성된 것이 아니라 해왕성의 중력에 포획되었다는 것을 뜻한다. 트리톤은 아마 카이퍼 대의 왜행성이었을 것이다. 또한 트리톤은 동주기 자전을 할 정도로 해왕성에 가까이 있는데, 조수 가속 때문에 천천히 나선형을 그리며 가라앉고 있다. 3억 6천만 년 뒤쯤이면 로슈 한계 에 다다른 트리톤은 결국 갈기갈기 찢어지고 말 것이다. 트리톤은 지금까지 온도가 측정된 태양계 천체 중 가장 차가운 천체 중 하나로, 온도의 측정값은 −235 °C (38 K)이다.

프로테우스.

두 번째로 발견된 해왕성 위성은 불규칙하게 생긴 네레이드로, 태양계의 위성들 중 궤도의 이심률이 가장 큰 천체 중 하나이다. 이심률이 0.7512 정도로, 해왕성으로부터 네레이드의 궤도 최원점까지의 거리는 네레이드의 근점 까지의 거리의 7배나 된다.

1989년 7월부터 9월까지 보이저 2호는 해왕성의 위성을 6개 더 발견했다. 이 중 질량이 두 번째로 큰 프로테우스는 태양계의 불규칙 위성들 중에서 질량이 가장 커, 자체 질량으로 구형을 유지할 수 있는 한계의 바로 아래에 있는 것으로 보인다. 프로테우스가 해왕성의 위성들 중에서 질량이 둘째 간다고는 하지만 그 질량은 트리톤의 겨우 4분의 1밖에 되지 않는다. 해왕성에 가장 가까이 있는 네 위성 나이아드, 탈라사, 데스피나, 갈라테아는 해왕성의 고리에 거의 근접할 정도로 가까이서 해왕성을 공전한다. 이 네 위성의 바깥쪽에 있는 라리사는 1981년에 별을 엄폐하며 발견되었다. 이 엄폐 현상은 해왕성 고리의 아크 구조 때문으로 생각되었지만, 보이저 2호가 1989년에 해왕성을 탐사한 결과, 위성 때문에 일어난 현상으로 밝혀졌다. 2002년 ~ 2003년 동안 5개의 불규칙 위성이 더 발견되어 2004년에 발표되었다. 해왕성의 이름이 로마 신화의 해양신 넵투누스 에서 유래했기 때문에, 해왕성의 위성들의 이름은 하위 해신들의 이름을 따서 명명되었다.

해왕성에는 행성 고리 구조가 있는데, 토성의 고리 보다는 훨씬 미약하다. 고리의 구성 성분은 규산염이나 탄화물이 낀 얼음 조각으로 보이며, 이 때문에 고리가 붉은 빛을 띠는 것 같다. 해왕성 중심부에서 63000 km 위에 있는 좁은 애덤스 고리, 53000 km 위에 있는 르베리에 고리, 그리고 42000 km 위에 있는 넓고 희미한 갈레 고리가 주 고리다. 르베리에 고리 바깥쪽으로 퍼져 있는 희미한 영역은 러셀 고리라고 하며, 중심부에서 57000 km 위에 있는 아라고 고리가 러셀 고리의 바깥쪽 한계이다.

이 고리 구조는 1968년에 에드워드 기넌 팀이 최초로 발견했으나, 이후 고리가 불완전할 수 있다고 생각되었다. 1984년 항성 엄폐 당시 해왕성이 항성을 가리자 별빛이 깜박거리는 현상이 목격되었고, 이것은 고리에 간극이 있다는 증거로 떠올랐다. 1989년에 보이저 2호가 촬영한 사진은 수 개의 희미한 고리 구조를 보여 줌으로써 이 문제는 해결되었다. 해왕성의 고리들은 매우 비정상적인 구조를 하고 있는데, 그 이유는 아직 확실하게 밝혀지지는 않았지만 고리 주위에 있는 작은 위성들의 중력적 상호 작용 때문으로 추측된다.

가장 바깥쪽에 있는 애덤스 고리에는 다섯 개의 뚜렷한 아크 구조가 보이는데, 각각 '커리지'( Courage; 용기), '리베흐테'( Liberté; 자유), '에갈리테 1·2'( Egalité; 평등), '프라테르니테'( Fraternité; 박애)라고 이름붙여졌다. 운동 법칙에 따르면 이 아크들은 매우 짧은 시간 안에 고르게 고리로 퍼져나가야 함에도 불구하고 유지되느 까닭은 아직 밝혀지지 않았다. 고리 바로 안쪽에 위치한 위성 갈라테아 의 중력적 효과에 의해 입자들이 현재의 위치에 가두어져 아크 구조가 생겼다는 가설이 있다.

2005년에는 지구에서 관측한 결과, 해왕성의 고리들이 이전까지 생각했던 것보다 더 불안정하다는 사실이 드러났다. W. M. 켁 천문대 가 2002년과 2003년에 촬영한 사진들은, 보이저 2호가 촬영한 사진과 비교해 보았을 때, 고리에 상당량의 손실이 있었다는 것을 나타내고 있었다. 특히, 애덤스 고리의 리베흐테 아크는 한 세기 안에 사라질 것으로 보인다.

해왕성과 지구 사이의 엄청난 거리 때문에 해왕성의 각지름은 2.2 ~ 2.4 각분밖에 되지 않는데, 태양계의 행성들 중 가장 작은 값이다. 육안으로 보이는 크기가 너무 작아서 해왕성을 육안으로 연구하는 것은 매우 어렵다. 허블 우주 망원경과 적응 제어 광학 기술을 사용한 거대 지상 망원경들이 출현하기 전에는 망원경 관측도 힘들었다. 지상기반 망원경을 사용한 과학적으로 유용했던 해왕성의 첫번째 관측은 1997년 하와이에서 시작되었다. 기술발전의 발전과 함께, 지상기반 광학망원경은 해왕성의 이미지를 더욱 상세하게 기록하고 있다. 1990년대 중반부터 허블망원경 뿐만 아니라 지구의 광학망원경은 발견되는 위성의 수가 증급하는 등 태양계에 대한 새로운 발견을 계속 해오고 있다. 2004년과 2005년, 해왕성의 새로운 5개의 작은 위성은 지름이 38km에서 61km 사이에서 발견되었다. 고주파대에서의 해왕성의 발견은 해왕성의 원천이 지속적인 분출과 불규칙적인 파열라는 것을 보여준다. 두 원천은 해왕성의 회전 자계로 비롯된다고 생각된다.

보이저 2호의 해왕성 접근 통과를 셀레스티아로 시뮬레이션한 것.

보이저 2호는 1989년 8월 25일에 해왕성에 가장 가까이 접근했다. 해왕성은 보이저가 방문할 수 있는 마지막 행성이었기 때문에 보이저 1호가 토성과 그 위성 타이탄에서 그렇게 했던 것처럼 궤도 변화에는 상관없이 해왕성과 그 위성 트리톤을 근접 통과하기로 결정되었다. 이때 보이저 2호가 지구로 전송한 사진들은 1989년 PBS의 철야 프로그램 《해왕성 올나이트》( Neptune All Night)의 기초가 되었다.

해왕성 접근 당시, 우주선의 신호가 지구까지 닫는 데는 246분이 걸렸다. 그랬기 때문에, 보이저 2호의 해왕성 탐사 임무 대부분은 사전 명령에 의존할 수 밖에 없었다. 8월 25일, 우주선은 위성 네레이드 가 해왕성의 대기층에서 4400 km 떨어진 시점에서 네레이드에 근접 접근한 뒤 같은 날 해왕성 최대의 위성 트리톤으로 진로를 틀었다.

보이저는 해왕성을 둘러싼 자기장의 존재를 발견했으며, 이 자기장은 천왕성의 자기장처럼 중심에서 갈라져 나와 자전축에 대해 심하게 기울어 있다는 것을 밝혀냈고, 해왕성의 자전 주기는 전파 방출을 분석하여 측정했다. 또한 보이저는 해왕성에 놀랄 만큼 활동적인 기후 시스템이 있다는 것을 발견했으며, 여섯 개의 위성과 한 개 이상의 고리가 새로 발견되었다.

2003년, 미국 항공우주국의 "임무 가능성 연구"(Vision Missions Studies)에 핵분열 기반의 전력이나 추진력 없이 카시니-하위헌스 호 정도의 역할을 할 " 해왕성 궤도선과 탐사기"(Neptune Orbiter with Probes)를 실행하자는 제안이 올라왔다. 작업은 제트 추진 연구소와 캘리포니아 공과대학교 가 공동으로 추진하였으나, 취소되었다.

넵튠 오디세이(Neptune Odyssey)는 현재 NASA가 계획 중인 해왕성 궤도선과 대기 탐사선의 임무 개념으로, 2031년에서 2033년 사이에 발사해 2049년까지 해왕성에 도착할 것으로 계획 중인 대규모 전략 과학 임무 이다.

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해왕성 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

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▶ 주제 : 행성, 명왕성
행성에서 빠지게 된 명왕성을 주제로 한 노래예요. 왜 자신(명왕성)을 행성에서 빠지게 했는지 원망하는 내용을 담고 있어요.

"그때 왜 그랬는지 왜 날 내쫓았는지"
→ 행성에서 제외된 걸 의미하겠지요?

"내 차가운 심장은 영하 248도"
→ 명왕성은 영하 248도까지 떨어지기도 한다고 해요.

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[방탄소년단/BTS] 134340 무대 교차편집(stage mix)(kor lyrics ver)

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목성, 토성, 천왕성, 해왕성의 특징

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Online 3D simulation of the Solar System and night sky in real time - the Sun, planets, dwarf planets, comets, stars and constellations

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태양의 둘레를 도는 무수히 많은 작은 행성을 말해요. 1801년 세레스라는 소행성이 처음 발견되었다고 해요. 소행성은 크기가 매우 작기 때문에 밝더라도 맨눈으로 관측하기는 어려워요. 가끔마다 지구에 소행성이 충돌할 수도 있다는 이야기도 나돌곤 하지요.

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