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민진우
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2009-09-16 05:34:19, 조회 : 306, 추천 : 120 |
행성들은 물리적 특성에 따라 지구형(地球型) 행성·목성형(木星型) 행성·소행성으로 분류되며, 궤도를 취하는 형태에 따라 내행성(內行星)과 외행성(外行星)으로 나눌 수 있다. 내행성은 지구궤도보다 안쪽에 궤도를 가진 수성·금성 등이며, 외행성은 지구궤도의 바깥쪽에 궤도를 가진 화성·목성·토성·천왕성·해왕성 등을 말한다. 혜성은 행성과 마찬가지로 타원궤도를 가지고 태양빛을 반사하여 빛나는 천체임에도 불구하고 행성에 포함시키지 않는다.선사시대부터 수성·금성·화성·목성·토성 등 5개 행성의 천구운동은 알려져왔다. 그러나 행성에 대한 연구가 발전하기 시작한 것은 1600년경 망원경이 발명되면서부터이다. 지구는 지동설이 확립된 후에야 행성 중의 하나라는 사실이 받아들여졌고, 비로소 진정한 태양계의 개념이 확립되었다.
1766년 비텐베르크의 J.D.티티우스는 태양에서 각 행성궤도까지의 거리가 간단한 경험식으로 표현됨을 알았고, 1772년 J.보데는 이 수학적 관계를 발표하였는데, 이를 티티우스-보데의 법칙이라고 한다. 1781년 F.W.허셜에 의해 발견된 천왕성(天王星) 궤도반지름은 티티우스-보데의 법칙에 의해 예측되었던 것과 매우 유사한 값을 가지고 있었다. 이 때문에 티티우스-보데의 법칙이 널리 알려졌고, 또 이 법칙이 예측하는 대로 천왕성 바깥쪽에 알려지지 않은 행성이 존재할 것이라는 생각이 강해졌다.
1790년과 1840년 사이에는 천왕성의 궤도가 원인을 알 수 없는 섭동(攝動) 때문에 이론적 예측과 어긋나고 있음을 발견했다. 영국의 J.C.애덤스와 프랑스의 U.J.르베리에는 1843년과 46년에 각각 독립적으로 뉴턴의 천체역학을 이용해 관측된 천왕성의 섭동량으로부터 새로운 행성의 질량과 궤도를 유도하였다. 그후 1846년 9월 23일 베를린천문대의 J.G.갈레는 새로운 행성인 해왕성(海王星)을 이론적으로 예측된 위치 근처에서 발견하였다.
하지만 해왕성이 발견된 후에도 천왕성의 궤도에 알려지지 않은 작은 섭동력이 작용하고 있음이 관측되었다. A.게일로트, P.로웰, W.H.피커링 등은 1900~1930년에 이 미소한 섭동력의 발생원으로 생각되는 새 항성의 특성을 계산하였지만 값이 불확실하여 오래도록 발견되지 못하였다. 결국 명왕성(冥王星)은 1930년 1월 미국의 C.톰보에 의해 로웰이 예측한 위치에서 발견되어 태양계의 9번째 행성이 된다. 그러나 2006년 국제천문연맹은 명왕성의 행성지위를 박탈하였고 명왕성이라는 이름도 소행성 134340으로 바뀌게 되었다. 한편, 소행성 134340 외에도 천왕성과 해왕성의 궤도에 영향을 주는 다른 소행성 또는 행성이 있을 것이라고 예측하고 있다.
지구에서 보아 태양의 중심 방향과 행성의 방향 사이의 각도를 이각(離角, elongation)이라고 한다. 내행성은 지구보다 궤도 반경이 작기 때문에 지구에서 보았을 때 태양으로부터 특정 각 이상 벗어나지 않게 되는데, 행성이 태양의 동쪽 또는 서쪽에 보이는 데에 따라 동방이각 또는 서방이각이라고 하며 그 방향으로 가장 멀리 뻗은 경우를 최대동방이각 또는 최대서방이각이라고 부른다. 수성의 경우는 최대이각이 28도이며, 금성은 48도의 최대이각을 가진다. 곧, 두 행성은 지구에서 관측하였을 때 최대이각 이상의 각도로 태양에서 벗어나지 못하므로 내행성은 일출이 있기 조금 전이나 일몰 후 얼마 지나지 않은 시간 내에서만 관측을 할 수 있다.
또한 태양과 내행성, 지구가 일직선을 이루는 경우가 있는데, 태양과 지구 사이에서 내행성이 일직선을 이루었을 때는 내합 혹은 삭이라고 하며, 지구에서 보았을 때 태양 반대편에서 일직선을 이룬 경우는 외합 혹은 망이라고 한다. 그리고 내행성이 내합의 위치에서 다시 내합의 위치로 돌아오기 까지 걸리는 시간을 회합주기라고 한다
2006년 8월 국제천문연맹(IAU)의 행성에 대한 분류법을 정정한 후로 명왕성이 소행성으로 바뀌자 목성형 행성은 화성 바깥 궤도에 있는 행성들을 의미하게 되었다. 목성형 행성은 지구형 행성에 비해 반경이 크다. 이에 반해 평균밀도는 지구형 행성보다 작은 편인데 토성의 경우는 0.69g/㎤로 물(1g/㎤)보다도 작다. 하지만 크기가 매우 커서 전체적인 질량은 지구형 행성보다 크다. 반면에 목성형 행성들의 자전속도는 지구형 행성보다 빨라서 편평도가 크고 짙은 대기로 둘러싸여 있어서 가시광선 영역을 관측해 보면 회전하는 대기층을 쉽게 관측할 수 있다.
목성형 행성의 대기는 수소, 헬륨, 메테인, 암모니아 등의 가벼운 휘발성 기체들로 이루어져 있다. 특히 수소와 헬륨의 양이 대체로 태양의 구성성분과 비슷하며 태양으로부터 멀리 떨어져 있는 것으로 보아 목성형 행성의 대기는 이들의 생성 시에 존재했던 원시 가스물질의 성분을 그대로 유지하고 있는 원시대기 형태로 볼 수 있다. 또한 많은 위성들을 가지고 있는 것이 관측되고 있으며 모두 얼음과 암석 성분으로 구성된 것으로 보이는 고리를 가지고 있다.
지구형 행성은 목성형 행성보다 크기가 확연히 작다. 그리고 자전속도가 목성형 행성에 비해 느리고, 편평도가 목성형 행성보다 매우 작은 값을 가진다. 그러나 지구형 행성의 평균밀도는 목성형 행성보다 적어도 3배 이상 높다. 2006년 8월에 국제천문연맹(IAU)에서 행성에 대한 분류법을 정정한 이후로 또 다른 행성이 관측되지 않는 한 태양계에서 행성이 나열된 순서에서 지구형 행성이 안쪽에 속하고 목성형 행성은 바깥쪽에 속하게 되었다.
행성 중에 수성을 제외하고 모두 대기를 가지고 있는 것으로 관측되었는데, 지구형 행성들은 금성과 화성의 경우 이산화탄소가 가장 많고, 지구의 경우 질소를 많이 함유하고 있어서 목성형 행성과 달리 대기가 무거운 원소로 이루어져 있다.
지구형 행성들은 지구와 인접해 있어서 탐사선을 이용한 많은 관측이 이루어졌는데 충돌구덩이와 화산활동 자국이 모든 지구형 행성에서 관측되었다. 특이한 점은 금성이 다른 행성보다 충돌구덩이의 수가 확연히 적게 관측되었고 이를 통해 금성의 표면이 비교적 젊은 것으로 추측하고 있다.
크기는 혜성과 비슷하다. 하지만 관측하였을 때 혜성의 핵 둘레에 존재하는 대기인 코마가 보이거나 꼬리가 보이면 소행성이 아닌 혜성으로 분류한다. 하지만 몇몇 천체들은 소행성으로 분류되었다가 후에 혜성의 성질을 보여 혜성으로 분류된 것도 있고, 정반대로 혜성으로 분류되었다가 혜성 자체의 휘발성 기체가 소진되어 코마 등이 보이지 않아 소행성으로 분류되는 경우도 있다.
한편, 큰 운석과의 구분을 위해 현재 크기 약 50m 이상의 것을 소행성으로 보는 정의가 사용되고 있다. 이러한 운석과 소행성의 구분은 지구 대기에서의 작용을 바탕으로 하여, 운석의 경우에는 대기에 진입하면서 부서져 버리나, 소행성은 충분히 큰 크기로 인하여 대기를 통과하여 지면까지 도달하여 큰 피해를 입힐 수 있다. 즉, 운석보다는 크고, 행성보다는 작으며, 암석으로 이루어진 천체를 소행성이라고 볼 수 있다.
소행성의 역사
1766년, 비텐베르크(Wittenberg)의 티티우스(Titius, Johann)는 태양과 행성 간의 평균 거리를 간단한 경험식 하나로 표현하였는데, 1772년에 보데(Bode, Johann)가 이 법칙을 세상에 널리 알리게 되었다. 그래서 오늘날 이를 티티우스-보데의 법칙이라고 부른다. 이 법칙은 물리학적인 근거를 통해 구한 수식은 아니지만, 태양과 행성간의 거리들을 비교적 간단한 방법으로 표현할 수 있었다. 이때까지만 해도 천왕성, 해왕성, 명왕성은 발견되지 않던 시기였다. 그런데 1781년에 티티우스-보데의 법칙에 의거하여 관측한 결과 천왕성을 발견할 수 있었다. 티티우스-보데의 법칙에 의하면 화성과 목성 사이에도 행성이 있다는 해가 나오는데, 천왕성의 발견을 계기로 이 부근에 대한 관측이 이루어지게 되었고, 1801년에 이탈리아의 천문학자 G.피아치가 세레스(Ceres)를 티티우스-보데의 법칙이 예견한 범위에서 발견하였다. 세레스(Ceres)를 처음 발견했을 당시에는 행성으로 여겼으나 이후에 팔라스(Pallas)를 비롯한 여러 천체들이 세레스와 근접한 궤도에서 발견됨에 따라 행성이 아닌 천체로 분류하기로 하였다. 당시 허쉘(William Herschel)에 의해서 이 천체들을 소행성(asteroid)으로 일컫기 시작했다. 단, 그 당시 소행성의 의미는 화성과 목성 사이에서 다른 행성의 궤도를 침범하지 않고 도는 천체들을 일컬었다. 영어로 표기되는 소행성에 대한 뜻의 단어인 asteroid(그리스어로 ‘별 같은 것’), minor planet, planetoid(그리스어로 ‘행성 같은 것’)는 모두 동의어이다.
2006년 8월 이후 국제천문연맹에서 행성과 왜소행성을 정의하면서 SSSB(Small Solar System Bodies)라는 별도의 분류를 내놓았다. 이 분류에는 왜소행성이 가장 큰 천체이며, 소행성이 대부분을 차지하게 된다. 또한 혜성과 유성 등 작은 천체들도 포함되지만 위성은 제외한다. 2006년에 국제 천문연맹에 의하여 세레스(Ceres)는 왜행성(왜소행성, dwarf planet)이 되었다.
소행성대
세레스의 발견 후 무수히 많은 천체들이 궤도긴반지름 2.0~3.3AU 범위에서 발견되자 이 지역을 소행성대라고 부르게 되었다. 소행성대에는 소행성이 존재하지 않는 영역이 있는데, 이 틈새를 커크우드의 간극이라고 한다. 이 지역은 소행성의 공전주기가 목성 공전주기의 분수로 표시되는, 즉 1/2, 1/3, 1/4, 2/5, 3/7이 되는 영역이다. 이러한 틈새가 생기는 원인은 목성으로부터 주기적인 중력섭동(重力攝動)이 작용하여, 소행성이 이 지역으로부터 밀려났기 때문이라고 보인다. 이와 반대로 공전주기의 비가 2/3와 3/4, 1/1이 되는 영역은 소행성이 몰려드는 곳이다. 목성의 주기 11.9년을 기준으로 하여, 그것과 같은 군, 3/4이 되는 군, 2/3가 되는 군이 있는데, 각각을 트로이소행성군, 툴레소행성군, 힐다소행성군이라고 한다
그 가운데 태양, 목성과 더불어 정삼각형의 꼭지점을 이루며, 목성의 궤도상에 위치한 트로이소행성군은 라그랑주점이라는 곳에 묶여 있는데, 이 점은 중력이 평형을 이루는 지점으로 이 곳의 소행성들은 외부의 섭동에 대하여 매우 안정된 상태를 유지한다.
위성
행성에 비해 작은 중력이지만, 행성이 위성을 거느리는 것 처럼 소행성 역시 위성을 가질 수 있다는 추측이 있었다. 이에 대해 1993년 갈릴레오 호가 소행성 이다(Ida)와 위성(Dactyl)을 발견하여 이를 확인시켜주었다. 위성의 모습이 작은 크기에도 불구하고 매끈한 모습을 갖고 있는 것에 대해, 여러 차례 작은 파편으로 깨졌다가 재결합되는 과정을 거친 것으로 추측되고 있다.
궤도긴반지름은 0.387AU, 궤도의 이심률은 0.2056이다. 태양에 가깝기 때문에 한밤중에 보이는 일은 없고 초저녁의 서쪽 하늘에서나 새벽의 동쪽 하늘에서만 잠깐 동안 보인다. 고대 그리스에서는 저녁에 보일 때에는 헤르메스, 새벽에 보일 때에는 아폴로라 하여 2개의 다른 별로 생각한 적도 있다. 한국과 중국에서는 진성(辰星)이라 하였다. 밝기는 지구로부터의 거리에 따라 달라 약 －1.8~4등 사이에서 변한다. 공전주기는 87.97일이고, 115.88일의 회합주기(會合週期)마다 지구와 가까워진다. 지구에서 보아 수성이 태양의 동쪽(저녁별)이나 서쪽(새벽별)으로 가장 멀리 떨어질 때를 각각 동방최대이각과 서방최대이각이라고 하는데, 그 각도는 18°∼28°가 된다.
수성의 궤도가 이심률이 큰 타원이므로 최대이각이 근일점(近日點)에서 일어나면 18°, 원일점(遠日點)에서 일어나면 28°나 떨어지기 때문이다. 수성은 태양계에서 가장 작은 행성으로 그 반지름은 2,439km(지구의 약 38%), 질량은 3.3 × 1023kg(지구의 5.5%)에 지나지 않는다. 자전주기는 58.65일이다.
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