양치기 위성은 토성의 고리와 어떤 관련이 있는가?

양치기 위성은 토성의 고리와 어떤 관련이 있을까?
 카시니 탐사선을 통해 수집된 자료는 어떻게 토성의 고리가 그토록 완전하며 오랫동안 질서 정연하게 돌 수 있는지를 설명하는 오래된 가설을 확증시켜주었다. 토성의 여러 작은 위성들은 적당한 속도와 거리에서 토성 주위를 돌며 훨씬 작은 고리 입자들에 중력적으로 안정된 지역을 만든다. 이런 '양치기 위성'들은 고리와 함께 회전하면서 고리의 입자들이 부드럽게 회전할 수 있도록 해주고 고리 구조를 안정적으로 유지한다. 컴퓨터 시뮬레이션과 이론적 계산에 따르면, 이들은 이런 상태를 약 1억 년 이상 유지할 수 있다.

saturn 토성 고리 특징

1. 토성

1. 토성의 물리적 특징은 무엇인가?

 토성은 질량이 목성의 약 1/3밖에 되지 않지만 목성과 흡사하다. 그래도 질량은 커서 지구의 약 95배에 이른다. 토성의 평균 밀도는 물의 밀도보다 작다. 토성의 하루는 10시간 39분밖에 되지 않는다. 토성은 매우 빨리 회전하기 때문에 양극의 지름보다 적도 지름이 10% 정도 더 길다.

 토성은 고체 핵을 갖는데, 이 핵은 암석과 얼음으로 이루어졌을 가능성이 높고 지구의 질량보다 몇 배나 더 클 것으로 예상된다. 이 핵을 덮고 있는 것은 액체 금속 수소층이며, 이 층 위에는 액체 수소와 헬륨으로 이루어진 층이 있다. 이 층들은 강한 전류가 흐르고 있어 토성에는 강력한 자기장이 생성된다. 

 토성은 수십 개의 위성을 갖는데 그중 가장 큰 것이 타이탄이다. 타이탄은 지구의 위성인 달보다 크며 두껍고 불투명한 대기를 가진다. 토성에서 장관인 부분은 장대한 고리계인데 지름이 약 30만 km 나 된다.

 

2. 토성의 대기는 어떤가?

 토성은 주로 결정화된 암모니아로 이루어진 흐릿하고 노란 구름을 갖고 있다. 구름들은 소용돌이 바람에 의해 휩쓸리게 되는데, 적도에서 시속 약 1800km 속도를 갖는다. 토성의 극 부분에서 일어나는 바람은 훨씬 잔잔하다. 또한 목성과 같이 가끔 강력한 소용돌이 폭풍이 일어난다. 예를 들면 약 30년에 한 번꼴로, 거대한 흰색으로 보이는 강한 회오리가 나타난다. '대백점' 이라고 알려진 이 회오리는, 매번 같은 회오리는 아니지만 약 한 달간 지속적으로 보이기도 하며, 흩어지기 전에 마치 조명을 받은 듯 반짝이기도 한다. 이렇게 반복되는 폭풍은 토성의 여름 끝 무렵의 높은 온도 때문이라고 생각되며, 이 기간 동안 대기층 안의 암모니아가 구름 위로 올라와 행성의 강한 바람에 의해 행성 전체에 퍼지게 된다.

 

3. 토성의 고리는 어떠한가?

 토성의 고리계는 세 개의 주요 부분으로 구분된다. 밝은 A, B고리와 어두운 C고리로 되어 있다(더 흐린 고리들도 많다). A, B고리는 조반니 도메니코 카시니의 이름을 따서 카시니 간극이라 불리는 커다란 틈에 의해 나뉘어 있다.  A고리 안에는 엥케 간극이라는 또 다른 간극이 있는데, 1837년에 이를 처음 발견한 요한 엥케의 이름을 따서 붙인 것이다. 간극들은 완전히 빈 공간처럼 보이지만, 사실 작은 입자들로 채워져 있으며, 카시니 간극의 경우 수십 개의 작은 고리들로 채워져 있다.

 토성의 고리는 약 16만 km 이상의 지름을 가지는 것으로 측정되나, 두께는 약 1~2km 정도밖에 되지 않는다. 이런 이유로 인해 지구에서 보았을 때 고리가 없어진 것처럼 보이기도 한다. 토성의 궤도가 우리의 시선과 나란히 놓이면 고리는 가느다란 선처럼 보여서 거의 보이지 않는다.

 

4. 토성의 고리를 발견한 사람은?

 갈릴레이는 토성의 고리를 처음 발견했지만, 그것이 무엇인지 알아보지 못했다. 그에게 토성의 고리는 '손잡이'처럼 보였다. 그는 자신의 발견을 유럽의 다른 과학자들과 논의했는데, 그중 한 사람이 네덜란드의 과학자 크리스티안 하위헌스였다. 하위헌스는 자신의 망원경을 사용하여, 마치 토성의 위성처럼 보이는 이 손잡이가 원반형 고리라는 것을 밝혀냈다. 하위헌스는 토성에 대해 오랜 기간 연구하여, 토성이 보이는 각도에 따라 고리의 모양이 변하는 것을 알아냈다. 그는 1671년 여름에 토성의 고리가 지구에서의 시각과 나란히 놓이게 되어 보이지 않을 것을 예측했다. 그의 예측은 옳았으며, 그의 토성 고리 이론을 확인해주었다.

 

5. 토성의 고리는 어떻게 형성되었나?

 우리는 토성의 고리가 어떻게 형성되었는지 아직도 확신할 수 없다. 한 가지 주장은 고리들이 한때 큰 위성의 충돌이나 토성 중력의 조석 작용을 받아 깨진 잔해라는 것이다. 이 위성이 깨진 파편의 잔해가 남아서 토성의 고리를 이루었다고 한다.

 

2. 천왕성의 물리적 특징은?

 천왕성은 태양계의 일곱 번째 주요 행성이며, 네 개의 가스 행성 중에서는 세 번째로 먼 거리에 있다. 이 행성은 지름이 5만 1200km인데, 이는 지구 지름의 네 배에 약간 못 미치는 값이다. 천왕성은 다른 가스 거대 행성들처럼 대부분 가스로 이루어져 있다. 옅은 청록색 구름이 보이는 천왕성의 대기는 83%의 수소와 15%의 헬륨 그리고 소량의 메탄과 다른 가스들로 구성되어 있다. 천왕성은 대기의 메탄이 붉은색을 흡수하고 청록색 빛을 반사하기 때문에 이러한 색깔을 띤다. 대기의 아래층에는 얼음, 암모니아 그리고 메탄이 슬러시 형태의 암석으로 이루어진 핵 주변을 감싸고 있는 것으로 추정된다.

 천왕성은 태양 주위를 규칙적이고 거의 원에 가까운 타원 궤도를 따라 84일에 한 번꼴로 공전하고 있지만, 다른 행성들과 비교했을 때 굉장히 특이한 회전을 하고 있다. 천왕성은 볼링공이 레인을 따라 굴러가는 것처럼 옆으로 회전하며, 극축은 궤도 평면에 수직인 것이 아니라 나란하다. 이 때문에 천왕성의 한쪽 끝이 공전 주기의 절반 기간 동안 태양을 향하고 다른 쪽 끝은 반대쪽을 향한다. 따라서 천왕성의 '하루'는 지구의 42년에 해당한다. 대부분의 천문학자들은 천왕성이 과거 어느 시점에 큰(적어도 행성 크기) 천체가 옆면에서 충돌하여 이 같은 특이한 운동을 하게 되었다고 생각한다.

 천왕성 주위에는 15개의 알려진 위성과 11개의 가느다란 고리가 있다. 보이저 2호 탐사선은 천왕성을 접근 통과하는 동안, 천왕성 주변에서 크고 특이한 형태의 자기장을 발견했으며(아마도 행성의 특이한 회전 운동 때문일 것이다), 차가운 구름 윗부분의 온도가 영하 210도 정도가 된다는 것을 발견했다.