목성은 얼마나 거대한 천체일까?
목성은 우리 태양계에서 다섯 번째에 위치한 행성이며, 모든 행성 중에서 가장 큰 크기를 자랑합니다.
이 거대한 행성의 지름은 지구의 약 11.2배에 달하고, 부피는 지구보다 약 1,300배 이상 크며, 질량은 지구의 318배에 해당합니다. 목성은 매우 빠른 속도로 자전하기 때문에, 토성처럼 완전한 원형이 아니라 약간 위아래로 평평한 형태를 띱니다.
목성의 무게는 태양계 내 다른 모든 행성들의 질량을 합친 것보다도 더 많아, 나머지 행성들의 총합이 목성의 절반에도 미치지 못합니다.
태양계에서 태양이 전체 질량의 대부분을 차지하는 가운데, 목성은 남은 0.14% 중 대략 2/3인 0.095%를 차지하고, 토성은 0.029%를 차지합니다. 나머지 행성들의 질량을 모두 더해도 태양계 질량의 0.016%에 불과합니다. 목성이 조금 더 컸다면, 우리 태양계는 이중성계가 될 가능성도 있었다는 추측이 있습니다.
하지만 목성이 적색 왜성이 되기 위해서는 현재보다 80배 더 많은 질량이 필요합니다. 심지어 목성이 현재의 100배 질량을 가진 적색왜성이 되었다 할지라도, 그 빛은 지구에 도달하는 햇빛의 0.02%에 불과해 지구의 표면 온도에 큰 변화를 주지 않습니다. 그럼에도 불구하고, 이러한 변화는 보름달의 밝기가 80배나 되어 낮에는 붉은색으로 보이게 하고, 밤에는 야행성 생물들의 생활에 어려움을 줄 수 있으며, 강화된 중력은 태양계의 구조를 변화시키고 지구에 위협을 가할 수 있습니다.
목성의 질량은 그만큼 크기 때문에, 태양계에서 태양과 공통 무게 중심이 태양의 표면 바깥에 위치하는 유일한 천체입니다. 이는 태양으로부터 대략 50,000km 떨어진 지점에 해당하며, 수성의 근일점 거리와 비교하면 약 1/100 정도의 위치에 해당합니다.
목성의 자연환경
목성의 실체에 대한 정확한 이해는 여전히 미지의 영역에 속하지만, 이 거대한 가스 행성의 내부가 상당한 압력과 온도로 인해 액체 상태의 금속 수소로 이루어진 바다를 형성하고 있을 가능성이 높다고 추정되고 있다. 지구의 지름보다 훨씬 더 넓은 대기층이 존재하기 때문에, 목성의 내부에서는 우주나 태양을 관측할 수 없으며, 오직 짙은 어둠만이 지배할 것이다. 이곳에서 관찰할 수 있는 유일한 현상은 빠른 자전으로 인해 형성된 거대한 수소 구름의 동적인 흐름일 것이다.
이 대기 중에는 초속 수백 미터에 달하는 강력한 폭풍과 남아메리카 대륙만큼이나 넓은 규모의 번개가 끊임없이 발생하고 있으며, 이는 목성의 극도로 강력한 압력과 온도, 지구의 2.5배에 달하는 중력과 함께, 짧은 시간 노출되어도 생명에 치명적인 수준의 방사선에 지속적으로 노출되는 환경이 일상다반사라고 볼 수 있다. 이러한 극한의 환경에서는 현재까지 알려진 어떠한 생명체도 존재할 수 없으며, 방사능 폭풍을 견디고 목성의 내부로 들어간다 해도, 수천도에 달하는 뜨거운 액체 수소로 이루어진 깊은 바다가 기다리고 있다. 이 액체 수소 바다의 깊이는 최소 40,000km에 달하며, 내부로 깊숙이 들어갈수록 더욱 가중되는 압력으로 인해 지구의 내핵이나 태양 표면보다도 더욱 뜨거운 환경이 형성되어 있어, 현재의 기술 수준으로는 목성 내부의 탐사가 사실상 불가능한 상황이다.
목성의 대기는 주로 수소와 헬륨으로 구성되어 있으며, 암석으로 이루어진 핵의 온도는 약 3만도에 이를 것으로 추정된다. 주노 탐사선의 연구 결과에 따르면, 목성 대기에서 수분이 차지하는 비율은 약 0.25%로, 이는 태양의 거의 세 배에 달하는 양이다. UC 버클리 천문학과 리청 박사가 주도하는 연구팀은 이 수분이 단순한 액체 형태의 물만을 의미하는 것이 아니라, 수소와 산소로 구성된 물 분자 전체를 포함하는 개념임을 밝혔다.
지구의 중력이 2.528배인 목성에서는 지구에서의 체중 100kg인 사람이 약 252kg으로 느껴집니다. 이러한 엄격한 환경 속에서도 파이오니어 10호는 목성에 성공적으로 접근했습니다. 파이오니어가 목성에 접근할 당시, NASA는 강력한 방사선, 강렬한 자기장, 그리고 고압의 정전기가 유발하는 우주 번개 등 여러 위험 요소들로 인해 탐사선이 손상될 위험에 대해 큰 걱정을 했습니다. 그럼에도 불구하고, 이러한 자연 현상들을 과학적으로 완전히 통제할 수 없어 결국 운에 맡겨 진행된 탐사는 성공적이었습니다. 하지만, 목성에 도착하자마자 탐사선의 카메라와 방사능 측정 장비가 방사선의 영향으로 일부 고장나며, 촬영된 사진들은 명확하지 않은 상태로 기록되었습니다. 이로 인해 NASA는 이후 보이저 1호와 2호를 발사할 때에는 컴퓨터와 촬영 장비를 보호하기 위해 추가적인 방사선 차폐 장치를 채택하여 탐사 장비를 강화했습니다.
목성 주변에서는 엄청난 양의 방사선이 방출되며, 이 중 목성에 가장 근접한 갈릴레이 위성인 이오는 목성의 상층 대기로부터 대략 350,000km 떨어져 있습니다. 이오 표면에서 하루를 보낸다면 약 36Sv의 방사선을 받게 되는데, 이는 매우 위험한 수준이며, 단 30초만 노출되어도 큰 위험에 처하게 됩니다. 이는 지구에서 한 해 동안 자연적으로 받는 방사선량인 2.4mSv와 비교하면, 이오에서 1년 동안 받게 되는 방사선량은 지구에서 받는 양의 약 5백만 배가 넘습니다. 한편, 목성으로부터 220,000km 떨어진 위성인 테베에서는 하루 방사선량이 180Sv에 이릅니다.
목성의 적도 부근 대기 상층에서는 이전에 발견되지 않았던 폭 3000km에 달하는 거대한 제트 기류가 관측되었습니다.
또한 목성의 대기가 실린더 형태로 배열되어 아래로 향하고 있다는 놀라운 사실이 밝혀졌습니다.
1995년 12월 7일에는 갈릴레오 탐사선이 목성의 대기를 조사하기 위해 탐사선을 투하했으나, 대기의 상층에서 이미 22.7기압의 압력을 견디지 못하고 1시간 만에 통신이 끊겼습니다.