목성(木星, Jupiter)은 태양계에서 가장 큰 행성이며, 다섯 번째 행성입니다. 목성은 거대행성으로 다른 태양계의 모든 행성을 합한 질량의 약 2.5배에 달합니다. 로마인들은 로마 신화의 신인 유피테르의 이름을 목성에 붙였으며, 동양에서는 오행 중 하나인 나무(木)에서 유래하여 목성을 칭했습니다.
1. 목성의 탄생
지구와 그 주변의 행성들은 목성과 충돌하여 파괴된 태양 근처 슈퍼지구들의 잔재로부터 만들어졌습니다. 목성이 태양계 안쪽으로 침투하면서 중력에 의해 잡아당겨져서 슈퍼지구들의 궤도가 겹치기 시작해 이들 사이에서 여러 충돌이 발생했다고 합니다. 여러 개의 행성으로 이루어진 약 500개의 행성계가 천문학자들에 의해 발견되었는데, 이러한 행성계들은 지구보다 수 배 이상 큰 질량의 행성, 즉 슈퍼지구를 하나 이상 포함하고 있으며, 수성보다 더 가까운 거리에서 모성의 주변을 공전하고 있습니다. 목성이 태양계 안쪽에서 튕겨 나오면서 지구를 포함한 내행성들이 만들어질 수 있었습니다.
2. 목성의 구조와 조성
목성은 대부분 기체나 액체 물질로 되어 있습니다. 목성의 직경은 적도에서 142,984km입니다. 목성의 밀도는 태양계의 거대행성 중에서 두 번째로 크지만 지구형 행성의 밀도보다는 낮습니다.
질량에 따른 목성의 대기는 약 75퍼센트의 수소와 24퍼센트의 헬륨으로 구성되며, 1퍼센트는 다른 원소들로 구성되어 있습니다. 대기의 최외곽층은 얼음 암모니아 결정을 포함합니다. 목성의 대기는 미량의 메테인, 수증기, 암모니아, 규소화합물을 포함하고, 탄소, 에테인, 황화수소, 네온, 산소, 포스핀, 황 등으로 이루어져 있습니다. 분광학으로 보면 토성은 목성의 조성과 비슷할 것으로 보이지만, 천왕성과 해왕성은 수소와 헬륨이 상대적으로 많이 적습니다.
목성의 크기는 지구보다 훨씬 크지만, 밀도는 상당히 낮습니다. 질량은 태양계의 다른 모든 행성을 합한 질량의 2.5 배에 달하며, 태양과 목성의 무게중심이 태양의 표면 위에 자리를 잡게 할 만큼 매우 무겁습니다.
목성은 여러 원소가 섞인 고밀도의 핵, 그 주변의 액상 금속성 수소층, 수소 분자가 대부분인 외곽층으로 구성됩니다. 구체적인 내용은 확실하지 않은 상태입니다. 핵은 깊이와 온도 및 압력에서 물질의 특성을 알아낼 수 없으므로 불분명합니다. 핵이 존재한다고 가정했을 때 용융 상태의 핵은 그와 혼합된 뜨거운 액체 금속성 수소의 대류로 인해 수축하며 행성 내부에서 높은 수준의 구조를 가진다고 보지만, 중력 측량들이 정밀하지 않은 관계로 핵에 대한 내용은 정확하지 않습니다.
3. 목성의 대기와 고리
대기
목성은 태양계에서 가장 큰 행성 대기를 가지고 있으며, 고도는 5,000km 이상입니다.
목성은 구름으로 영구적으로 뒤덮여 있는데, 이 구름은 암모니아 결정 및 황화수소암모늄으로 구성되며, 대류권계면에 자리 잡고 있고, 열대 지역으로 알려진 서로 다른 위도에 있는 띠들에 따라 배열됩니다. 이는 밝은 색조의 대(zone)와 어두운 색조의 띠(belt)로 나뉘며, 충돌 순환 패턴의 상호작용 영향으로 폭풍과 난류가 발생합니다. 약 50km의 두께를 가진 구름층은 두껍고 낮은 층과 얇고 깔끔한 영역인 두 개의 구름층으로 이루어져 있습니다. 목성의 대기에서 번개가 감지되어 섬광을 추측한 결과, 암모니아층 아래에는 얇은 물 구름층이 있을 것으로 보입니다. 이들의 방전은 지구에서 발생하는 번개보다 수천 배는 강력합니다.
목성의 구름에서 띠(belt)는 화합물이 태양의 자외선에 노출되어 변색하면서 발생한 것으로 보입니다. 이들의 성질은 불확실하지만 인, 황 또는 탄화수소일 것으로 여겨집니다. 대(zone)는 상승 대류 세포가 암모니아를 결정화하면서 낮은 구름층을 가리게 만들 때 만들어집니다.
목성의 가장 유명한 특징은 오랫동안 유지되고 있는 고기압성 폭풍인 대적점입니다. 적도를 기준으로 남위 22도에 위치하며, 지구보다 급니다. 대적점은 12cm 이상 구경의 지상 망원경을 통해 볼 수 있을 만큼 크며, 허블 우주 망원경으로 촬영한 사진의 분석 결과 대적점과 인접해 있는 두 개의 '적점(red spot)'이 나타나기도 했습니다. 달걀형의 폭풍 대적점은 약 6일 주기로 반시계 방향으로 회전합니다. 대적점과 같은 폭풍은 거대행성의 난류성 대기에서 흔히 발생하며, 목성에는 이름이 없는 작은 갈색 및 백색의 폭풍들이 존재합니다. 이런 폭풍들은 수 시간 정도로 짧거나 수 세기까지 길게 지속될 수 있습니다.
고리
목성은 희미한 고리계를 가지고 있습니다. 고리는 헤일로(halo)로 알려진 안쪽의 입자 토러스, 밝은 큰 고리, 외곽의 매우 가는 고리로 크게 세 부분으로 나뉘며, 고리들은 토성의 고리에서 볼 수 있는 얼음과 달리 티끌로 이루어진 것으로 보입니다. 보통 위성으로 되돌아갈 물질은 목성의 강력한 중력의 영향으로 끌어당겨지기 때문에 물질의 궤도는 목성으로 틀어지게 되어 추가적인 충돌이 일어나고 새로운 물질이 유입됩니다. 목성의 큰 고리는 목성의 위성인 안드라스테아와 메티스에서 방출된 물질로 이루어진 것으로 여겨집니다.
4. 목성의 공전과 자전
목성과 태양 사이의 평균 거리는 7억 7,800만km이며, 11.86년의 공전주기를 가집니다. 이 주기는 토성의 공전주기의 5분의 2배이며 태양계에서 가장 큰 두 행성이 5:2 궤도공명을 이룹니다.
목성의 자전축 경사는 상대적으로 작은 약 3.13도이며, 지구나 화성에 비해 큰 계절적 변화를 오지 않습니다. 목성의 자전주기는 태양계의 모든 행성 중에서 가장 빠른 약 10시간 정도이며, 이에 따라 목성은 지구에서 아마추어 망원경을 통해서도 쉽게 관측할 수 있을 정도로 적도 팽대부를 만듭니다.
5. 목성의 위성
목성은 95개의 자연 위성을 가지고 있습니다. 위성 중 지름 10km 미만의 위성은 53개이며, 모두 1975년 이후부터 발견되었습니다. 갈릴레이 위성으로 알려진 큰 네 개의 위성은 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토이며, 1910년 갈릴레이 갈릴레오가 망원경을 이용하여 발견하였습니다. 이는 지구를 제외하고 다른 행성의 위성에 대해서 망원경을 이용한 최초의 관측으로 여겨집니다.
보이저 임무 이전 목성의 위성 분류는 궤도 요소의 공통점에 따라서 네 집단으로 간단하게 분류되었으나, 이후 수많은 위성이 발견되면서 분류는 복잡해졌습니다. 현재는 여섯 개의 큰 분류군으로 나뉘고 일부는 이들과 별개의 특성을 가지고 있습니다.