태양계

태양계의 생성

태양계의 구성

행성의 분류

혜성과 소행성 그리고, 유성

• 태양계 행성들
  왼쪽부터 태양, 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 (Planets, 행성)왼쪽부터 세레스, 명왕성, 2003UB313 (Dwarf Planets, 왜행성) / 맨 왼쪽의 태양과 나타낸 행성들의 크기의 비는 실제 크기 비를 계산하여 나타낸 것임.

• 맥너트(McNaught) 혜성
  2007년 초 태양-지구에 근접했던 맥너트(McNaught) 혜성. 거의 하늘의 반을 덮었던 긴 꼬리가 환상적이었던 혜성. 우리나라에서도 관측 가능 했으나 사진과 같이 가장 밝을 때는 남반구 지역과 북반구 저위도 지역에서만 관측 가능 했다.

태양

수성

금성

화성

• 제 2의 지구
  영화 "화성 침공", 소설 "화성인" 같이 태양계 행성 중 우리의 관심을 많이 끈 행성, 생명 존재 가능성이 많은 존재로서 우리에게 신비감과 공포감을 동시에 가져다 준 행성이 바로 화성이다. 이런 관심은 마리너 6,7,8,9호, 바이킹 1,2 호등 많은 우주선들이 화성을 탐사했다는데 것으로도 알 수 있다. 현재 화성에는 생명체는 없다는 것이 알려지기는 했지만, 또 다른 생명체에 대한 관심은 여러 우주선의 화성 탐사를 통해 화성에 대한 더 많은 자료를 확보함으로써 화성 연구에 많은 진척을 가지고 왔고, 지금도 우주선들이 화성을 탐사하고 있다. 화성의 내부는 달보다는 더 분화되어 있으며, 액체로 된 핵은 없고 지진도 발생하지 않는다.
• 화성의 표면
  화성 표면은 망원경으로 보면 전체적으로는 붉은색이며 양 극에는 흰색이 극관이 있고 곳곳에 어두운 부분이 보인다. 바이킹이 보내온 사진에 보면 바위, 암석, 거대한 화산 분화구, 운석공, 협곡등으로 이루어진 표면이 보인다. 최근 연구 결과로 보면 화성의 산의 높이는 5~10km, 사막은 평탄하며, 바다는 가파른 비탈에 나타나는 경향이 있다고 보고 되었다. 화성의 바다는 검은 현무암으로 사막의 모레는 산화된 철로 구성되어 있을것 같다고 추측하고 있다. 화성의 열적 변화를 측정해보면 메마르고 먼지 투성이의 표면이며, 사막에서는 대규모의 먼지 폭풍이 발생하여 바다로 퍼져 나가는 것을 볼 수 있다. 이 먼지의 주성분은 규산염광물임이 밝혀졌다. 최근 화성의 조각인 것으로 알려져 있는 운석에 의해서 화성의 암석에는 중수소가 많다는 추측이 나왔다. 또한 화성의 대기는 매우 희박하기 때문에 온도 변화가 심하고, 기후 변화도 심하다.
• 화성의 대기
  화성에는 자기장은 없으나 대기가 존재하며, 이 대기는 지구 대기 성분과는 많이 다르다. 화성의 대기 중에는 황색을 띤 먼지, 흰색과 푸른색의 구름과 안개가 양 극지방과 명암 경계선 근처에서 잘 나타난다. 화성의 낮에 자주 발생하는 구름은 큰 화산 근처에서 형성되며, 추측하기를 이산화탄소나 물의 얼음 또는 수증기로 되어 있을 가능성이 많다. 화성 대기의 화학 조성과 구조는 마리너 9호가 직접 행성 대기를 탐사함으로써 밝혀지게 되었다. 화성의 대기에도 온도가 200K 가량의 두 개의 이온층이 100km와 150km지점에 존재한다.

목성

• 태양계의 왕자 목성
  태양계의 5번째 궤도를 돌고 있는 목성은 태양계에서 으뜸가는 행성이다. 목성은 태양계 아홉 개 행성을 모두 합쳐 놓은 질량의 3분의 2 이상을 차지하고 지름이 14만 2,800km로서 지구의 약 11배에 이른다. 목성은 태양에서 7억 7,830만 km떨어져 있기 때문에 목성형 행성들이 그러하듯이 태양으로부터 받는 빛의 양이 아주 적어 지구의 약 27분의 1에 불과하다. 그러나 목성은 부피가 워낙 커 밤하늘의 별 가운데 밝은 모습으로 비치는데 가장 밝을 때는 - 2.5등급을 기록하기도 해 육안으로도 선명하게 관측이 가능하다. 또한 목성은 엷은 고리들을 가지고 있으며 위성 또한 많아서 갈릴레이로 하여금 '지구는 돈다"라는 생각을 하게 해준 그 유명한 네 개의 갈릴레이 위성 말고도 12개가 더 있다. 목성은 태양계의 모든 행성 중에 가장 장대한 구름의 소용돌이를 보여주기도 하며 표면에는 희거나 적갈색을 띤 띠가 있고 남반구에는 거대한 대적점(大赤點)이 있다. 목성은 그야말로 행성 중의 왕이며 올림푸스 최고의 신, 신의 제왕 제우스(주피터) 의 이름을 받기에 부족함이 없는 행성이다.

토성

• 고리가 아름다운 토성
  토성은 아름다운 고리와 유일하게 대기를 가진 위성을 거느린 행성으로 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 밝혀졌는데 지금까지 밝혀진 토성의 위성은 22개이며 그 가운데 타이탄은 발견 역사가 가장 오래됐고 다른 태양계 위성 중에서는 볼 수 없는 짙은 대기로 감싸여 있다. 토성은 초 9.7km속도로 태양계를 일주하는 데 지구 시간으로 꼬박 29.6년이나 걸린다.

천왕성

• 허셜의 별 천왕성
  2천년동안 지구인들은 토성밖에 천왕성, 해왕성, 명왕성, 세 개의 다른 행성이 있으리라고는 생각치 못했다. 태양으로부터 일곱 번째 행성인 천왕성은 1781년 4월 음악가 허셜(William Herschel)에 의해 처음으로 발견되었다. 독일 태생의 허셜은 밤마다 쌍성을 찾기 위해 하늘을 관찰하던 중 망원경 속에서 이상한 물체가 발견했다. 1781년 3월 12일 그는 쌍둥이자리 근처에서 발견된 이상한 물체를 추적하기 시작했으나 처음엔 이 물체를 태양에서 멀리 떨어져 있어 꼬리가 아직 발달되지 않은 혜성쯤으로 짐작했다. 이 와중에 마스켈린이라는 천문학자가 이것은 혜성이 아니라 태양의 주위를 공전하는 행성이라고 주장하기도 했다. 그로부터 1년 뒤 허셜은 그 동안 추적한 그 물체의 궤도를 전문가에 의뢰해 이 물체의 정확한 궤도가 밝혀내고 그 물체가 원 궤도를 가진 새로운 행성이라는 사실이 밝혀지게 된다. 허셜의 '천왕성 발견'은 허셜과 같은 전세계 아마추어 천문학자들에게 희망을 주었을 뿐 아니라 발견된 위치가 독일의 천문학자 보데가 주장한 수치를 증명해주었다는 점에서 더 유명해졌다. 그는 영국 왕실천문학회에 이 새 행성의 발견을 보고하면서 그 행성의 이름을 당시 영국을 통치하던 조지Ⅲ세의 이름을 따서 조지움 시두스(Georgiun Sidus)로 명명할 것을 제안했다. 이 행성은 1850년까지 영국에서 조지움 시두스, 즉 조지성으로 불려지다가 결국 독일, 프랑스 등 유럽 천문학자들이 토성의 아버지인 '우라노스'로 불러야 한다는 보데의 주장을 받아들여 행성의 명칭은 고대 그리스 신화에 나오는 신의 이름을 붙인다는 전통에 따라 타이탄(Titan)의 아버지며 주피터(Jupiter)의 할아버지 이름을 따서 우라노스(Uranus)라고 명명하게 되었다. 그 뒤 허셜은 영국 왕실의 넉넉한 재정 지원을 받으며 우주관측에만 전념해 1787년에는 천왕성의 큰 위성들인 티타니아와 오베론을 발견하기도 했다. 그 밖에 그가 남긴 크고 작은 망원경은 지금까지도 세인들의 칭송을 받고 있으며 또한 관측 전문가로서 이룩한 그의 업적은 현대 천문학의 기초가 되고 있다. 또한 그는 최초로 은하계의 모형을 발견했으며 화성, 목성, 토성의 달들을 발견하는 등 많은 업적을 남기고 갔다.

해왕성

• 허셜이 1781년 토성 궤도 밖에서 천왕성을 발견한 뒤 많은 천문학자들은 태양계 어디엔가 또 다른 행성이 존재할지도 모른다는 의문을 갖기 시작했다. 해왕성 발견의 이야기는 1843년 당시 23세였던 영국의 캠브리지 대학에서 수학을 전공하고 있던 아담스(Adans)는 졸업에 즈음해서 미지의 행성이 존재할 것이라고 주장을 제기했다. 아담스는 이 미지의 행성에 관한 질량과 궤도를 계산한 결과 2년 후인 1845년 10월, 드디어 양(羊)자리 근처에 행성이 있을 거라는 확신을 얻었다. 그러나 그가 아직 알려지지 않은 어린 학생이라는 이유로 그의 의견은 영국의 왕립 천문학자들에 의해 묵살되었다. 한편 몇 달 후인 1845년 12월 프랑스에서는 과학자인 르베리어(Leverrier)가 똑같은 생각으로 계산한 결과 아담스와 같은 결론을 얻고 과학잡지에 발표했다. 이 소식을 접한 영국의 왕립 천문학자들은 그때서야 그 문제를 심각하게 받아들여 관측에 들어갔으나 양(羊)자리에 대한 성도(星圖)가 없어서 준비하는 동안 르베리어는 이미 독일의 베를린 천문대의 갈레(Galle)에게 탐사를 요청했다. 마침 성도를 가지고 있던 갈레는 관측을 시작한 첫 날인 1846년 9월 23일 밤 구름 한 점 없는 하늘에서 8등급의 별을 발견하였으며 이것은 행성이었다. 이 행성은 아담스와 르베리에가 계산한 바로 그 자리 근처에 위치하고 있었다. 당시 경쟁국가였던 영국과 프랑스 사이에는 이 해왕성의 발견의 공로에 대해 치열한 논쟁이 오갔지만 결국 해왕성 발견의 최대 업적은 아담스와 르베리어에게 함께 돌아갔다.

왜행성(dwart planet)

• 2006년 8월 24일 국제천문연맹(IAU)은 체코의 프라하에서 열린 제 26차 총회에서 최초의 소행성으로 분류되어 온 세레스, 행성으로 분류되어 온 명왕성 및 최근 발견된 명왕성 바깥의 제나(Xena)로 알려져온 이리스(Eris)등 세 개의 천체들을 왜행성(dwarf planet)이라고 새롭게 분류하였다. 왜행성은 둥근 모양을 가질 만큼의 중력은 가지고 있으나, 근처에 비슷한 궤도를 도는 천체들을 제거하기에는 역부족인 천체들로 새롭게 정의되었다. 이전에 행성으로 분류되어 온 명왕성은 샤론을 행성으로 가지고 있다. 이번에 제나로 알려진 이리스는 디스노미아라는 행성을 가지고 있다. 또, 명와성과 이리스는 해왕성궤도 통과 천체(TNOs: Trans-Neptunian Objects)라는 새로운 분류 이름도 가지게 되었다. 왜행성들은 소행성 번호도 가지는데, 최초의 소행성이며 왜행성인 세레스는 1번, 명왕성은 134340번, 이리스는 136199번이다.

소행성(Astroid)

• 소행성의 발견은 19세기가 되어서야 비로소 이루어졌다. 각 행성들의 태양으로부터의 거리는 티티우스- 보데의 법칙(행성들은 태양으로부터 일정한 거리를 두고 위치한다는 법칙)을 따른다. 이 이론에 따르면 화성과 목성사이에 하나의 행성이 존재해야 하는데 발견되어야 한다. 그러나 행성은 발견되지 않았고, 새로운 행성 발견의 노력으로 1801년 이탈리아의 천문학자 피아찌에 의해 소행성 세레스가 처음 발견되었다. 그 후로 망원경으로 소행성이 지속적으로 발견되었고, 현재까지 궤도가 알려진 소행성의 수는 3300여개이고, 총 수십만 개에 이를 것으로 추산된다.

혜성

• 혜성의 기원
  밤하늘 긴 꼬리를 휘날리며 우리의 마음을 사로 잡았던 혜성들의 기원은 오르트 구름이다. 1950년 네덜란드의 천문학자 얀 오르트가 생각해낸 혜성운으로, 이 가설에 따르면 오르트(Oort)구름은 3*e4AU~10*e4AU(4.5*1012km~1.5*1013km)거리에 있으며 태양계를 둘러싸고 있다. 성간 먼지로 이루어진 이 구름들의 주성분은 수소와 헬륨이며, 구름 안에 약 1조개의 혜성핵이 있고, 총 질량은 목성정도의 질량이 되지 않을까 생각하고 있다. 오르크 구름 속의 혜성핵이 지나가는 별 이나 행성, 다른 혜성의 섭동의 의하여 태양쪽으로 떨어져 나온 것이 바로 혜성이다. 이 오르트 구름은 태양계 생성 당시 함께 생성된 것으로 생각하고 있으나. 아직까지 이 오르트 구름에 대한 직접적인 관측 증거는 없다. 이와 비슷한 것으로 콰이퍼(Kuiper) 벨트가 있다. 콰이퍼 벨트는 해왕성 밖 즉, 30AU~100AU (4.5*108km ~ 1.5*1010km)거리에 있는 원반 모양으로, 행성 형성의 잔재인 얼음 핵을 갖는 수 천만개의 천체들이 있을 것으로 추정되고 있다. 이 카이퍼 벨트는 혜성을 제외하고 명왕성이 우리 태양계의 끝이라고 생각해왔던 것을 바꾸는 계기가 되었으며, 단 주기 혜성의 고향으로 생각되고 있다. 현재 약 340개 이상의 콰이퍼 벨트 천체가 발견되었다.
• 혜성의 구조와 궤도
  우주선이 알아낸 바에 따르면 혜성 핵의 크기는 가로 약 15km, 세로 약 10km이며, 52시간에 한번씩 자전을 하고 있다. 구성 물질은 90%가 탄소이고 10%가 규산염, 흑염, 얼음, 암모니아 메탄등이 섞여 있다. 이런 핵을 가진 혜성이 목성 근처에 오면 태양열을 받아 가스와 먼지가 증발하여 코마(comet)를 형성한다. 코마의 구성 물질은 H2O, C2, C3, CH, CN, CO, N2로 되어 있고, 혜성이 태양 가까이에 가면 코마의 물질이 태양빛과 태양에서 날아오는 입자에 의해 뒤로 밀려 나가는 혜성의 꼬리를 형성한다. 혜성의 꼬리는 이온 꼬리와 먼지 꼬리로 나뉜다. 이온 꼬리는 푸른빛으로 태양 반대 방향을 가리키는 것으로 분자와 전자가 전리되어 나타난다. 먼지 꼬리는 태양열을 받아 타 버린 규산염 먼지들이다. 혜성의 궤도는 대부분 타원 궤도이다. 그러나 때로는 타원이 무한히 길어서 포물선이나 쌍곡선의 형태를 가지기도 한다. 그리고 짧은 타원 궤도를 가지고 도는 혜성이 있는데 이것은 토성이나 목성의 중력에 이끌려 타원이 작아지기 때문이다.

유성

• 유성체(meteoroid)
  유성을 만드는 알갱이를 유성체라고 부른다. 유성체의 크기는 작은 먼지로부터 큰 돌덩이까지 다양하지만, 보통 굵은 모래알에 해당하며, 단단한 정도는 인스턴트 커피의 알갱이 정도다. 커다란 유성체는 작은 소행성 (asteroid)크기 정도로 둘을 구분하는 명확한 경계는 없다. 혜성에 기원을 둔 유성체의 밀도는 0.3g/㎤이나, 쌍둥이자리유성우처럼 소행성에 기원을 둔 것으로 생각되는 유성우의 유성체 밀도는 2g/㎤로 높고, 유성체 자체가 단단하여 다른 유성들에 비해 긴 흔적을 남긴다. 유성체는 보통 100km 상공(지구 상층대기)에서 빛을 내기 시작하며, 그 속도는 초속 11km에서 72km에 이르기까지 큰 폭을 갖는다. 유성체는 크기가 작지만 운동 에너지는 대단히 커서 대기 분자들과 충돌하면서 곧 타버린다. 유성체는 클수록 밝은 유성이 되며, 작은 자갈 크기면 밝기는 보름달에 견줄 만큼 밝게 나타나기도 한다.
• 유성우(meteor shower)
  유성우에 대한 가장 오래된 기록은 [춘추]의 "별들이 소나기처럼 떨어진다."로, 기원전 687년 3월 23일에 나타난 현상이다. 유성우의 정체는 혜성들의 찌꺼기로, 혜성이 길다란 타원 궤도를 그리며 태양을 공전할 때, 혜성이 지나간 자리에는 혜성에서 유출된 많은 물질들이 남는다. 따라서 매년 주기적으로 지구가 태양을 공전하다가 혜성의 지나간 자리를 통과하게 되면 혜성의 찌꺼기들이 지구의 중력에 이끌려 대기권으로 쏟아져 유성우가 내리게 된다. 유성체들이 대기와 충돌 할 때 동일 방향의 유성들은 동일한 한 지점에서 방사되어 나오는 것처럼 보이는데, 이 점을 복사점이라고 한다. 유성우의 이름은 복사점이 위치하는 영역의 별자리이름을 따서 명명된다.

별

별의 밝기-실시등급

별의 밝기 - 절대 등급

별의 색깔과 온도

• K는 켈빈으로 절대온도를 뜻하고, 우리가 사용하는 섭씨로 바꾸면 273K가섭씨 0도이다. 뜨거운 별일수록 파란색~흰색에 가까워 진다. 우리 태양은 G형에 속한다.

성운

• 뒤편의 방출성운에서 오른 붉은 빛을 온도가 낮은 말머리 성운의 가스와 먼지들이 가리고 있는 것이다. 왼쪽 아래 파란 성운은 반사성운으로 주변 별빛을 반사하여 우리쪽으로 보이게 해 준다. 오리온자리에 위치 해 있다.

성단

구상성단

• 수만 내지 수백만 개의 별들이 공모양(구상)으로 빽빽하게 모여 있는 별의 집단을 구상성단(Globular Cluster)이라고 한다. 구상성단은 제1세대의 별이라고 하는 종족II의 늙은 별로 이루어져 있고, 이들은 적색거성과 같은 별의 집단이기 때문에 적색을 띤다. 구상성단은 우리은하를 둘러싸고 있는 헤일로와 우리은하 중심부에 분포한다. 구상성단은 은하의 나이만큼 오래된 것도 발견되고 있으며, 이는 은하의 생성과 함께 생성되었으리라 여겨진다. 이러한 구상성단의 연구는 성단 자체의 진화와 생성환경 뿐만 아니라 은하의 생성 환경이나 진화를 아는데 중요한 자료가 되며 지질학에서의 화석과 같은 대상이다.

산개성단

• 산개성단(Open Cluster)은 그 이름이 암시하듯이 비교적 느슨한 구조를하고 있으며, 수백 내지 수천 개의 별들이 허술하게 모여 있는 별의 집단이다. 이들의 크기는 10pc이하이며, 우리 은하에만도 약 1200개의 산개성단이 있고 이들의 대부분은 은하면에 가깝게 분포하고 있다. 산개성단은 제2세대의 별이라고 하는 종족I의 젊은 별로 이루어져 있으며, 산개성단은 구상성단과 달리 많은 성간물질을 포함하고 있다.

은하

타원 은하 Elliptical Galaxy

• 타원은하는 원형 또는 타원형이다. 사진 M89와 같은 은하가 바로 타원 은하이다. 그 이름에서 알 수 있듯이 매끄럽고 타원 모양을 하고 있다. 타원 은하는 그 모양 즉 찌그러짐의 정도에 따라 다시 여러가지로 분류된다.

나선 은하 Spiral Galaxy

• 우리가 가장 많이 볼 수 있는 은하이다. 나선 은하는 나선 무늬의 평평하고 납작한 원반을 가지고 있다. 나선 은하는정상 나선(Normal Spiral Galaxy)과 막대 나선(Barred Spiral Galaxy)으로 나뉜다. 두 형은 모두 나선 모양의 팔을 가지고 있다.정상 나선 은하의 팔은 핵으로부터 직접 나온다. 막대 나선 은하의 막대 물질은 중심을 통과하여 가로지르고, 팔은 막대의 끝으로부터 나온다. 두 형은 중심 팽대부의 크기와 나선팔이 가긴 정도에 따라 다시 구별된다.

불규칙 은하 Irregular Galaxy

• 이름 그대로 불규칙한 모양의 은하를 가르킨다. 대칭적이거나 규칙적인 구조를 보이지 않는다. 허블의 초기 은하 분류에는 타원 은하나 나선 은하가 아니면 불규칙 은하로 분류하였지만 근래에 와서는 더욱 나누어 정상 불규칙 은하(Normal Irregular Galaxy)와 오른쪽 사진의 M82와 같이 특이하게 보이는 특이 은하(Peculiar Galaxy)로 구분한다. 관측한 은하의 약 77%가 나선 은하이고, 20%가 타원 은하, 3%가 불규칙 은하이다. 그러나 이러한 표본은 매우 먼 거리에 있어도 밝게 관측되는 나선 은하 때문이다. 주어진 공간 부피 내에서 상대적인 숫자는 상당히 다르다.