천문학에서 행성 장식으로 달과 고리

이탈리아 천문학자 갈릴레오 갈릴레이는 목성과 함께 매일 밤 위치가 바뀌는 4개의 '별'이 있다는 것을 발견했습니다. 그는 목성이 지구와 마찬가지로 자신만의 위성을 가지고 있다는 것을 빠르게 깨달았습니다. 우리는 그의 발견에 경의를 표하고 그들을 목성의 갈릴레오 위성이라고 부릅니다. 갈릴레오는 목성과 그 위성이 코페르니쿠스라는 작은 행성계와 비슷하다는 것을 보여주었습니다. 행성이 태양 주위를 도는 것처럼 목성의 많은 위성들이 태양 주위를 돕니다. 17세기말 천문학자들은 5개의 토성 위성을 발견했고, 이 발견은 코페르니쿠스 시스템에 대한 그들의 신뢰를 더욱 확고히 했습니다. 태양계에는 오늘날 많은 위성이 있다는 것을 우리는 알고 있습니다. 2009년 8월 현재 170개가 넘는 위성이 고전적인 행성과 왜소 행성 주위를 돌고 있는 것을 보았습니다. 특히 우리 시스템에서 아직 발견되지 않은 다른 많은 위성입니다. 이들 위성 중 일부는 지구 형태의 행성과 유사한 지질학적 과정을 가진 독특한 세계를 가지고 있으며, 일부는 생명을 가질 수도 있습니다.

 

우리 태양계의 위성은 지구상에 고르게 분포되어 있지 않습니다. 태양계 내부에는 3개의 위성밖에 없습니다. 지구상에 하나도 없고 화성이나 금성에 하나도 없습니다. 소행성 중에는 명왕성의 위성 3개, 하우메아의 위성 2개, 그리고 에리다의 위성 1개가 있습니다. 다른 모든 위성은 거대한 행성의 것입니다. 우리는 왜 수성과 금성이 달을 형성하고 포획하는 데 실패했는지 물어볼 수 있습니다. 하지만 이것은 정말 놀라운 일입니까? 수성과 금성은 지구보다 위성이 하나 적습니다. 화성은 2개의 작은 소행성을 점령한 것처럼 보이지만 주요 소행성 벨트에 인접해 있습니다.

작은 세계로서의 달

태양계 위성을 분류하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 일부 계획은 모행성 주위를 도는 일련의 위성에 기초하고 있습니다. 다른 건물들은 달의 크기와 구성을 기반으로 합니다. 예를 들어, 우리는 이미 몇 개의 위성이 주로 바위로 구성되어 있고, 몇 개의 위성은 대부분 얼음으로 구성되어 있으며, 대부분은 얼음과 바위의 혼합물이라고 언급했습니다. 우리가 사용하는 지도는 달의 지질학적 활동의 양과 시기를 기반으로 합니다. 달 표면에서 볼 수 있는 특성으로 표현할 수 있습니다. 우리가 지구의 행성과 위성을 관찰함으로써 알게 된 것처럼, 행성과 위성에서 관찰된 표면 특징은 그들의 지질학적 역사에 중요한 단서를 제공합니다.

 

예를 들어, 얼음은 태양계의 외부 위성 사이에서 흔한 표면 물질이며, 얼음의 신선함은 얼음의 나이를 나타냅니다. 운석의 먼지가 달의 얼음 표면을 어둡게 하듯이, 우리가 살고 있는 도시 지역에서는 계절의 끝자락에 토양이 어두워집니다. 이것은 빛의 표면이 종종 새로운 표면을 나타낸다는 것을 의미합니다. 분화구의 크기와 양은 과거에 달이 활동했는지, 언제 활동했는지를 결정할 수 있는 화산활동과 같은 사건의 상대적인 기간을 제공합니다. 분화구는 몇 개의 분화구를 가진 분화구보다 오래된 것입니다. 이오와 엔셀라두스 같은 화산 폭발의 직접적인 증거는 일부 위성이 현재 지질학적으로 활동하고 있음을 보여줍니다.

 

태양계 위성에 데이트 기술을 적용하면 어떻게 됩니까? 우리는 엄청난 다양성을 발견하고 있습니다: 몇몇 위성은 태양계의 초기 발달로 인해 정지했지만, 다른 위성은 지구보다 지질학적으로 활동적입니다. 우리의 위성 분류 시스템에는 지질 활동의 네 가지 범주가 있습니다. 분명히, 그것은 오늘날에도 활동적이고, 오늘날에도 활동적이지만, 과거에도 활동적이지 않고, 인공위성이 만들어진 후에도 활동적이지 않습니다.

거대 행성을 둘러싼 고리들

만약 갈릴레오가 개인적으로 목성의 위성 발견에 만족했다면, 그의 다른 중요한 발견은 확실히 만족스럽지 않았을 것입니다. 1610년 처음 망원경을 토성으로 향했을 때, 이 행성의 작은 디스크는 양쪽에 더 작은 위성이 있는 것처럼 보였습니다. 몇 달 전에 그가 발견한 목성의 위성과 달리 이 특징들은 움직이지 않았습니다. 갈릴레오는 움직임이 없어서 괴로워했습니다. 왜냐하면 그것은 그가 본 것과는 달랐기 때문입니다. 2년 후에 "관련 시설"이 사라졌습니다. 그들의 예상치 못한 실종은 이탈리아 천문학자들을 당황하게 했습니다. 그는 이전의 관찰이 잘못된 것을 두려워했습니다. 몇 년 후 신비로운 특징이 다시 나타났습니다.

 

천문학자들은 갈릴레오의 발견을 40년 이상 경험했습니다. 1655년 26세의 네덜란드 디자이너 크리스티안 하위헌스(1629-1695)는 그가 개발한 망원경으로 토성을 노려 천문학자들이 그 당시 볼 수 없었던 것을 보았습니다. 토성은 겉보기에 연속적이고 평평한 고리에 둘러싸여 있어 하위헌스가 올바르게 결론지은 것처럼 토성이 태양 주위를 돌 때 고리의 가시적인 경사가 변하기 때문에 고리의 가시성이 달라집니다. 그렇다면 토성을 둘러싼 이 이상한 고리의 본질은 무엇일까요? 천문학자들은 이것이 행성 주위를 도는 하드디스크일 것이라고 추측했고, 이는 하위헌스가 발견한 이후 1세기 이상 지속되고 있습니다. 이 개념은 1675년 이탈리아-프랑스 천문학자 장 도미니크 카시니(1625-1712)가 행성의 겉보기와는 달리 단단한 고리에서 틈을 발견하면서 사라지게 시작한 것. 토성은 이제 하나가 아닌 두 개의 고리를 가진 것처럼 보였고, 이들 사이의 거리는 카시니호가 갈라진 것으로 알려졌습니다.

 

1850년에 영국과 미국의 관측자들은 독립적으로 두 개의 밝은 고리 바로 옆에 있는 약한 고리를 발견했고, 토성에 총 세 개의 알려진 고리를 주었습니다. 토성은 일러스트레이터와 만화가들에게 행성의 상징적인 이미지가 되었습니다. 하지만 토성의 고리가 발견된 후 수 세기 동안 철저한 수색에도 불구하고 이들은 다른 행성 주변에서 고리를 발견하지 못했습니다. 한 명 이상의 유명한 천문학자에 의해 출판된 논문은 왜 토성만이 고리를 가질 수 있는지를 설명했습니다. 그 후 20세기 후반에는 새로운 검색 기술이 등장했습니다. 이것은 별의 일식을 관찰하는 것입니다. 1977년 천왕성의 대기를 폐쇄 기술로 연구한 미 천문학자 팀은 별이 처음 지구에 접근할 때와 그 후 멀리 갈 때 각각의 밝기를 짧고 미세한 크기로 바꾸는 것을 관찰했습니다. 해석은 즉각적이고 명확했습니다. 천왕성(天王星)은 반지를 가지고 있습니다! 다음 몇 년 동안 이 행성을 둘러싼 9개의 고리가 별의 일식에서 발견되었습니다. 1986년 보이저 2호는 2개의 천왕성 고리를 더 촬영했고, 2005년 허블우주망원경은 총 13개의 고리를 더 촬영했습니다.

 

별의 일식은 고리의 존재뿐만 아니라 고리 자체에 대한 정보도 보여줍니다. 일식의 길이는 반지의 폭 측정. 별의 밝기가 감소하는 현상은 고리의 투명성과 그에 따른 물질의 양을 나타냅니다. 천왕성의 고리가 별 앞을 지날 때 아주 빨리 사라진 별빛은 이 고리가 이전의 실패한 연구에서 보기에는 너무 좁다는 것을 보여줍니다.

역광현상이란

확산 고리에는 우리가 태양으로 돌아갈 때 가장 잘 보이는 작은 입자가 포함되어 있습니다. 우리는 이곳 지구에서 익숙한 현상을 관찰함으로써 그러한 효과를 볼 수 있습니다. 자갈돌과 바위는 뒤에서 그것들을 비추는 빛이 있을 때 가장 잘 보입니다. 그런데도 먼지나 그 밖의 작은 입자는 빛 속에서 가장 눈에 띕니다. 예를 들어 태양을 향해 움직일 때 앞 유리에 있는 먼지 입자가 더 밝게 보이는지 확인합니다. 사진작가는 이 효과를 백라이트라고 부릅니다. 사진작가들은 밝은 빛 앞에 물체를 놓으면서 머리카락을 뽑는 경우가 많습니다. 역 조명의 조건에서는 머리카락의 개별 힘줄이 밝게 빛나 사람의 얼굴 주변에 후광 효과를 냅니다. 이것은 빛이 빛의 파장보다 몇 배 큰 아주 작은 물체에 떨어졌을 때 발생합니다. 사람의 머리카락은 이 범위의 맨 위에 있습니다. 머리카락에 떨어지는 빛이 사방으로 고르게 분산되지는 않습니다. 오히려 광원으로부터 멀리 떨어진 방향으로 계속 진행합니다. 매우 적은 양의 빛이 주위에 산란하고, 거의 모든 빛이 다시 광원 쪽에 산란합니다.

 

더 먼지가 많은 행성의 고리 일부는 가시광선 파장의 몇 배의 입자로 가득 차 있습니다. 태양에 접근하는 우주선에서는 그런 고리를 보기는 어려울 수도 있고, 심지어는 불가능할 수도 있습니다. 이 고리 입자는 태양에 접근하는 우주선을 향해 태양 빛을 거의 발산하지 않습니다. 우주선이 행성 근처를 지나 정상적인 방향으로 태양을 향할 때 이 먼지 고리는 갑자기 행성의 반 반구를 둘러싸고 있는 후광처럼 나타납니다. 많은 행성의 고리가 역광에서 가장 잘 보였고, 몇몇은 그런 조건에서만 관찰되었습니다. 역광은 또한 엔셀라두스 빙하의 화산에서 분출되는 작은 얼음 결정을 식별하는 데 매우 성공했습니다.

결론

일반적으로 우리는 태양계가 초등학교 때 배운 행성으로 구성되어 있다고 생각합니다. 그러나 우리 태양계에는 행성보다 훨씬 많은 위성이 있고, 각각이 독특한 세계를 나타내고 있습니다. 1610년에 갈릴레오는 그가 발견한 4개의 빛의 점이 신기하고 놀라운 세계의 거대한 함대의 주력이라는 것을 이해하지 못했습니다. 태양계의 단단한 세계의 다양성은 놀랍지만 목성과 토성, 천왕성, 해왕성을 둘러싼 세계의 다양성에 비하면 아무것도 아닌 것. 이들 세계의 일부는 거대한 행성이 소용돌이치는 원반의 중심에 형성된 몇 년 전 얼어붙은 잔해들. 다른 세계는 지나가는 물체가 행성과 다른 위성 사이의 중력 상호작용에 의해 잡히는 혼란스러운 사건을 목격합니다. 반대편 극지방에는 이오와 같은 위성이 있습니다. 지질학적으로 매우 활동적입니다. 따라서 표면은 화산 활동을 통해 회복됩니다.

 

얼음은 46억 년 전에 새로 형성된 원반 바깥쪽에 존재했습니다. 그래서 이 물체는 태양계 역사에 대한 중요한 단서를 제공하고 우리가 젊은 태양계가 어땠는지에 대한 우리의 생각을 시험할 수 있게 해 줍니다. 이러한 세계는 우주 생명의 역사에 대한 단서를 제공할 수도 있습니다. 유럽의 표면을 구성하는 찢어진 빙하는 넓고 깊은 바다를 덮고 지구 해저에 있는 빙하와 다를 바 없는 지열 공급원에 의해 가열되어 풍부해질 수 있습니다. 과학자들이 화성과 금성이 한때 생각했던 것만큼 지구와 닮지 않았다는 것을 깨달았을 때 태양계의 다른 지역에서 생명체를 찾을 가능성은 어두워 보였습니다. 21세기 이래 수십 년 동안 우리는 태양에서 멀리 떨어진 이 작은 세계에 새로운 흥분과 희망을 가지고 주목해 왔습니다.

 

지나가는 혜성이 마지막 비용을 내고 작은 조각으로 쪼개집니다. 이러한 강렬한 사건은 토성과 다른 거대한 행성을 둘러싼 웅장한 고리를 둘러싸고 있는 그다지 화려하지는 않지만 마찬가지로 흥미로운 고리 시스템의 생성을 이끌었습니다. 이 고리의 놀라운 복잡성은 또한 행성, 위성, 그리고 고리가 중력 춤을 추는 뉴턴의 놀라운 중력 멱 법칙을 보여줍니다. 그러한 상호작용은 보이저와 카시니 우주선의 눈에 보이지 않는 한 고리를 거의 불가능하게 왜곡시킬 수 있습니다.