토성

오늘은 토성(Saturn)에 대해 알아보겠습니다. 그것은 태양에서 여섯 번째 행성이며 두 번째로 큰 행성입니다. 토성은 행성의 중심을 둘러싸고 있는 멋진 고리 세트를 자랑하기 때문에 가장 아름다운 행성으로도 알려져 있습니다. 고리를 가진 유일한 행성은 아니지만 확실히 가장 큰 쌍을 가지고 있습니다. 82개의 위성이 있으며 53개는 확정되었으며 29개는 아직 공식 승인을 기다리고 있습니다. 육안으로 볼 수 있는 가장 먼 행성으로 로마의 농업과 부의 신의 이름을 따서 명명되었습니다. 그는 Jupiter와 Jupiter의 많은 형제 자매의 아버지이며 후자는 그가 통째로 삼킨 것입니다. 그것은… 아무리 줄잡아 말하더라도 복잡한 이야기입니다.

토성은 가스 거성으로 지구 760개보다 큰 부피와 지구 95개 정도의 질량을 가지고 있습니다. 반지름은 36,183.7로 지구보다 약 9배 넓다. 8억 8600만 마일의 평균 거리에서 토성은 태양으로부터 9.5 천문 단위 떨어져 있습니다. 이 거리에서 햇빛이 태양에서 토성까지 이동하는 데 80분이 걸립니다. 토성은 태양 주위를 한 바퀴 도는 데 약 29.4년이 걸리지만 자체 축에서는 훨씬 더 빨리 자전하여 10.7시간마다 한 번씩 자전합니다. 이것은 토성이 태양계에서 두 번째로 짧은 날을 가지고 있다는 것을 의미합니다. 토성은 또한 약 26.73도의 적절한 축 기울기를 가지고 있는데, 이는 지구와 매우 유사하여 두 행성 모두 유사한 강도의 계절을 경험합니다.

목성과 마찬가지로 행성도 약 40억년 전에 이주를 경험했습니다. 과학자들은 토성이 원래 지금보다 태양에 훨씬 더 가까웠지만 그 후 태양에서 멀어졌다고 믿습니다. 목성 또한 태양으로부터 멀어짐에 따라 이 두 개의 거대한 행성의 움직임에 의해 생성된 결합된 힘은 천왕성과 해왕성을 태양으로부터 원래보다 훨씬 더 멀리 내던졌습니다.

연구에 따르면 토성은 실제로 위험한 소행성으로부터 지구를 보호하고 지구에서 멀어지게 합니다. 토성의 중력은 우리 태양계의 가장자리에 위치한 오르트 구름이나 카이퍼 벨트에서 들어오는 통과하는 모든 소행성을 편향시키는 데 도움이 됩니다. 이 소행성을 편향시킴으로써 토성은 경로를 변경하여 더 이상 지구를 향하지 않고 재앙을 일으킬 수 있습니다. 소행성대에 관한 에피소드를 들었다면 소행성 충돌이 지구에 좋지 않다는 것을 알 것입니다.

지구에서 볼 때 토성은 흐릿한 황갈색 외관을 가지고 있습니다. 그러나 망원경에서 보이는 표면은 훨씬 더 복잡합니다. 모두 다양한 구름 띠, 소용돌이 및 와류뿐만 아니라 빨간색, 갈색 및 흰색 점과 같은 많은 소규모 기능으로 장식된 복잡한 구름 층이 있습니다. 꽤 짧은 시간 동안. 이런 식으로 토성은 부드럽고 덜 활동적인 목성과 비슷합니다. 그러나 1990년에 이 규칙적인 움직임에 대한 극적인 예외가 발생했는데, 이때 밝은 색의 대형 폭풍 시스템이 적도 근처에 나타나서 12,400마일을 넘는 크기로 확장되었고 결국 적도 주변으로 퍼지다가 망각 속으로 사라졌습니다. 목성의 대적점과 유추하여 명명된 이 "대백점"과 박력이 비슷한 폭풍은, 19세기 후반부터 약 30년 간격으로 관찰되었습니다. 이것은 29.4년의 토성의 공전 주기에 가깝습니다. 이것은 이러한 폭풍이 계절적 현상임을 암시하지만 과학자들은 무엇이 그러한 갑작스럽고 장엄한 폭풍을 일으키는지 확신하지 못합니다.

토성의 대기는 대부분 분자 수소와 헬륨으로 구성되어 있습니다. 두 분자의 정확한 상대적 풍부성은 잘 알려져 있지 않지만 가장 좋은 추정치는 행성의 대기 질량의 18~25%가 헬륨이라는 것입니다. 나머지는 분자 수소와 약 2%의 다른 분자로, 충돌과 충돌을 통해 지구로 전달될 가능성이 높습니다. 또한 토성의 헬륨은 행성의 가장 바깥쪽 대기 주위에 집중되어 있는 반면 내부 대기는 훨씬 더 무거운 수소로 생각됩니다.

토성의 표면에 존재하는 다른 분자의 2% 중 대부분은 메탄이나 암모니아입니다. 다시 말하지만, 정확한 양은 알 수 없지만 과학자들은 토성이 태양보다 2~7배 많은 암모니아와 메탄을 가지고 있다는 것을 알고 있으며, 이는 또한 토성의 노란색 구름을 착색시키는 원인일 가능성이 있습니다. 가장 높은 구름 데크는 실제로 암모니아 결정으로 만들어진 것으로 생각됩니다. 황화수소와 물도 더 깊은 대기에 존재하는 것으로 의심되지만 아직 감지되지 않았습니다.

토성의 큰 축 기울기의 결과로 고리가 겨울 반구에 어두운 그림자를 드리우고 희미한 겨울 햇빛을 더욱 감소시킵니다. 겨울 동안 북반구의 햇볕에 쬐인 부분에 대한 카시니 이미지는 놀랍도록 맑은 푸른 대기를 나타냈는데, 아마도 고리의 그림자에서 광화학 연무의 생성이 감소한 결과였을 것입니다. 광화학 연무는 기본적으로 스모그의 과학 용어입니다.

지구상의 천문학자들은 대기 온도에 대한 정보를 얻기 위해 토성의 대기를 통과하는 우주선에서 나오는 별빛과 전파의 구부러짐으로 알려진 굴절을 분석했습니다. 행성 대기의 가장자리에 있는 이 행성의 평균 온도는 화씨 -190도입니다. 행성의 가장 추운 온도는 실제로 어떤 이유로 성층권 내부에서 조금 더 깊은 곳에서 발생합니다. 이 지역에서 기록된 최저 기온은 화씨 -312도였습니다. 그런 다음 지구 깊숙이 내려갈수록 온도가 상승하기 시작합니다. 대류권에 도달할 때쯤에는 화씨 약 -217도입니다. 그런 다음 온도는 더 깊이 들어가고 토성의 중심에 가까워질수록 계속해서 더 낮아집니다.

다른 거대한 행성과 마찬가지로 토성은 동쪽에서 서쪽으로 흐르는 흐름이 지배하는 대기 순환을 가지고 있습니다. 이는 목성과 유사한 더 밝고 어두운 구름 띠의 패턴으로 나타납니다. 하지만 토성의 띠는 더 미묘한 색을 띠고 적도 근처에서 더 넓습니다.

토성은 기체 행성이기 때문에 단단한 표면이 없습니다. 이것은 바람이 다른 참조 프레임과 관련하여 측정되어야 함을 의미합니다. 목성과 마찬가지로 바람은 토성의 자기장의 회전에 따라 측정됩니다. 이 프레임에서 거의 모든 토성의 대기 흐름은 자전 방향인 동쪽으로 향합니다. 적도 부근의 지역은 최대 속도가 초당 470미터에 가까운 특히 활발한 동쪽 흐름을 보여주지만 때로는 속도가 초당 270미터에 가까운 더 느린 기간을 보입니다. 이 기능은 목성의 기능과 유사하지만 위도에서 두 배로 확장되고 네 배 더 빠르게 움직입니다. 대조적으로, 지구상에서 가장 높은 바람은 열대 저기압에서 발생하며 극단적인 경우 지속적인 속도는 초당 67미터를 초과할 수 있습니다.

구역 흐름은 토성의 적도에 대해 현저하게 대칭입니다. 즉, 주어진 북반구 위도의 각 해류는 일반적으로 유사한 남위 위도의 대응 물을 가집니다. 동쪽으로 향하는 강한 흐름은 46° N 및 S와 약 60° 북쪽 및 남쪽에서 보입니다. 실제로 자기장의 기준 프레임에서 거의 고정되어 있는 Westward 흐름은 40°, 55° 및 70° North 및 South에서 볼 수 있습니다. 우리가 관찰한 바에 따르면 이러한 흐름은 일정하고 규칙적이며 다른 흐름처럼 사라지지 않는 것 같습니다.

강력한 허리케인과 같은 사이클론 와류는 토성의 북극과 남극 모두 중심에서 약간 벗어난 곳에서 발견됩니다. 남극에 있는 소용돌이의 따뜻한 눈은 직경이 1,200마일이고 극지방 구름 위로 30~40마일 높이로 우뚝 솟은 구름으로 둘러싸여 있습니다. 지구의 남반구에 있는 열대 저기압도 따뜻한 중앙 눈을 가지고 있고, 시계 방향으로 흐르고, 높은 구름으로 둘러싸여 있지만 모두 훨씬 작은 규모입니다. 북극 근처의 사이클론의 흥미로운 특징은 극 주위를 육각형 패턴으로 움직인다는 것입니다. 구름 형상은 초당 약 100미터의 속도로 시계 반대 방향으로 육각형 주위를 이동하는 것으로 관찰되며 이는 시속 약 220마일로 변환됩니다. 회전하는 유체 버킷에서 유사한 각도 패턴이 관찰되었으며 아마도 상호 작용하는 파도에서 발생합니다.

대기에서 다양한 소규모 특징도 관찰되었습니다. 특히 눈에 띄는 것은 북위 33.5° 근처의 경도 100°에 걸쳐 거의 균일하게 간격을 두고 있는 비슷한 크기의 구름이 24개 정도 있으며, 각각의 폭은 약 930마일입니다. 토성의 열 방출에 대한 적외선 이미지에서 이러한 빈 공간은 행성을 가로질러 뻗어 있는 밝은 "진주 끈"으로 나타납니다.

남반구에서는 지구보다 수백 배 더 강하고 몇 주에서 몇 달 동안 지속되는 번개 폭풍으로 인한 단파 무선 방출이 남쪽 위도 35°에서 지구 궤도를 도는 위성에 의해 자주 감지되었습니다. 이러한 뇌우 중심은 강한 대류 운동에 의해 분명히 생성되는 두껍고 밝은 색상의 구름과 관련이 있습니다. 구름 제거와 번개 폭풍의 위도는 빠른 서풍의 영역이며, 행성의 다른 대부분의 영역 흐름과 반대 방향으로 이동하며, 이 반대 방향의 바람 흐름이 따라서 이러한 특징을 만드는 이상한 반응을 일으킬 수 있음을 시사합니다.

전체적으로 토성 자체는 실제로 밀도가 매우 낮습니다. 사실, 어떻게든 지구를 일반 오래된 물로 채워진 거대한 욕조에 넣을 수 있다면 토성이 그 위에 떠 있을 것입니다! 행성 내부에 대한 정보는 구형 대칭이 아닌 중력장을 연구하여 얻습니다. 빠른 회전과 낮은 평균 밀도는 행성의 물리적 모양의 왜곡으로 이어지며 중력장의 모양도 왜곡시킵니다. 필드의 모양은 주변에 있는 우주선의 움직임과 토성의 고리 구성 요소 중 일부의 모양에 미치는 영향으로 정확하게 측정할 수 있습니다. 이 왜곡에 대한 분석은 토성의 내부 영역이 약 ​​50중량%의 수소로만 구성되어 있고 이 영역의 나머지 부분은 더 무거운 물질로 구성되어야 함을 알려줍니다. 이 자료가 실제로 무엇인지, 과학자들은 확신하지 못합니다. 그러나 토성 중심의 강한 압력으로 인해 과학자들은 이 수준에 존재하는 모든 수소가 리튬과 같은 금속성 액체 형태여야 한다는 것을 알고 있습니다. 그리고 행성의 중심, 일명 핵에는 총 15-18개의 지구 질량에 대한 바위와 얼음 구체가 있습니다. 이 조밀한 핵 주변의 이 금속성 수소의 회전은 토성의 자기장에 동력을 공급하는 전류를 형성합니다.

토성의 자기장은 단순한 막대 자석의 자기장과 유사하며, 남북 축은 행성의 중심에 있는 자기 쌍극자의 중심과 토성의 자전축의 1° 이내로 정렬됩니다. 필드의 극성은 목성과 마찬가지로 지구의 현재 필드와 반대입니다. 이것은 당신이 흙 나침반을 토성으로 가져간다면, 그것은 실제로 북쪽이 아닌 남쪽을 가리킬 것이라는 것을 의미합니다. 토성의 자기장은 목성만큼 강력하지는 않지만 지구의 자기장보다 약 578배 강합니다.

토성의 자기권은 주로 태양풍에서 오는 하전 입자의 행동이 행성의 자기장에 의해 지배되는 행성 주변의 눈물 방울 모양의 공간 영역입니다. 눈물 방울의 둥근 면은 태양을 향해 뻗어 있으며 공식적으로 자기권계면으로 알려진 경계를 형성합니다. 행성 중심에서 약 750,000마일 떨어진 거리에서 유출되는 태양풍이 있지만 태양 압력의 변화로 인해 상당한 변동이 있습니다. 바람. 토성의 반대편에서 자기권은 먼 거리까지 확장되는 거대한 자기꼬리(magnetotail)로 당겨집니다.

지구와 목성의 자기권과 마찬가지로 토성의 내부 자기권은 행성의 자기장 선을 따라 나선형 경로를 따라 이동하는 고에너지 하전 입자의 안정적인 개체군을 가두어 둡니다. 그런 다음 이 입자가 행성의 대기로 나선을 그리며 오로라를 생성합니다. 오로라는 지구상의 북극광과 같은 장엄한 빛의 표시입니다. 그러나 어떤 이유로 인해 행성의 대고리 또는 자기권 내부에 위치한 달의 궤도와 교차하는 일부 필드 라인을 따라 이러한 입자의 개체군에 "구멍"이 있습니다.

토성의 위성 타이탄과 히페리온은 자기권의 최소 크기에 가까운 거리에서 궤도를 돌며 때때로 자기계면을 가로질러 토성의 자기권 밖으로 이동합니다. 토성의 외부 자기권에 갇힌 강력한 하전 입자가 타이탄 상층 대기의 중성 원자와 충돌하여 에너지를 공급하여 토성의 대기를 침식시킵니다. 그러나이 침식은 다소 미미하며 행성의 구조에 큰 영향을 미치지 않아야합니다.

이제 토성의 가장 주목할만한 특징인 고리에 대해 알아보겠습니다. 갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei)는 1610년에 토성의 고리를 처음으로 보았지만, 그의 망원경에서 고리는 손잡이나 팔처럼 보였습니다. 45년 후인 1655년에 더 강력한 망원경을 가진 네덜란드 천문학자 크리스티안 호이겐스는 나중에 토성이 얇고 평평한 고리를 가지고 있다고 제안했습니다. 1675년 이탈리아 태생의 프랑스 천문학자 지안 도메니코 카시니(Gian Domenico Cassini)는 현재 카시니 분할로 알려진 디스크 내부의 큰 틈을 발견하여 단단한 고리의 가능성에 의문을 제기했고 프랑스 수학자이자 과학자인 피에르-시몽 라플라스는 이론을 발표했습니다. 1789년에 고리가 더 작은 여러 부품으로 구성되었다는 사실을 알게 되었습니다. 1857년 스코틀랜드의 물리학자 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell)은 매우 많은 수의 작은 입자로 구성된 경우에만 고리가 안정적일 수 있음을 수학적으로 증명했습니다.

수세기에 걸쳐 이 고리를 연구한 결과 오늘날 토성은 실제로 설탕 알갱이에서 집 크기에 이르는 수십억 개의 얼음과 암석 입자로 구성된 많은 고리를 가지고 있다는 사실이 알려졌습니다. 그러나 이러한 링의 엄청난 너비에도 불구하고 매우 얇습니다. 주요 고리의 직경은 170,000마일이지만 두께는 330피트를 초과하지 않습니다. 전체 링 시스템은 희미한 외부 링을 포함할 때 거의 16,000,000마일에 이릅니다.

다른 거대 행성의 고리와 마찬가지로 토성의 주요 고리는 고전적인 로슈 한계 내에 있습니다. 이상적인 경우의 경우 2.44 토성 반지름, 즉 91,300마일인 이 거리는 상당히 큰 달이 기조력에 의해 잔인하게 산산조각나기 전에 더 큰 행성 부모의 중심에 접근할 수 있는 가장 가까운 거리를 나타냅니다. 이 한계는 중력에 의해 뭉쳐 있는 물체에만 적용되므로 로슈 한계는 분자 응집력이 그것을 끝내려는 기조력보다 더 중요한 비교적 작은 물체에는 실제로 적용되지 않는다는 점을 명심하십시오.

앞서 언급했듯이 토성의 고리를 구성하는 입자의 크기는 매우 다양합니다. 그러나 이러한 입자는 실제로 그 자체로 보이지 않으며 집 크기에 가까운 입자도 아닙니다! 대신 과학자들은 빛과 무선 신호의 산란에 미치는 영향에서 크기를 추론합니다. 이 분포는 처음에 더 큰 물체가 반복적으로 충돌하고 산산조각이 나면서 예상되는 결과와 일치합니다. 이 처음에 더 큰 물체는 혜성, 소행성 또는 부서진 달에서 남은 잔해로 생각됩니다.

불과 몇 시간 내에 형성되고 흩어지는 것처럼 보이는 신비한 바퀴살이 토성의 고리에서 발견되었습니다. 과학자들은 이 스포크가 전하를 획득한 다음 토성의 자기장과 상호 작용하는 작은 입자의 작은 구름일 가능성이 있다고 믿고 있습니다. 이 스포크는 지금까지 토성의 춘분 근처에서만 관찰되었기 때문에 계절적일 수도 있습니다.

직경이 수 마일 정도인 고리 달이라고 불리는 더 큰 천체가 주요 고리 안에 박혀 있을 수 있지만 그러한 위성은 몇 개만 감지되었습니다. 조밀한 고리 내에서 중력, 충돌 및 다양한 궤도 속도의 경쟁 효과에 의해 일시적인 "잔해더미" 위성이 지속적으로 생성된 다음 파괴된다는 증거가 있습니다.

고리의 질량이 매우 낮기 때문에 나이가 1천만 년에서 1억 년 사이로 매우 젊을 가능성이 높습니다. 따라서 주요 고리는 특히 큰 혜성이 부서지거나 아마도 근처에 있는 큰 달이 파괴되면서 만들어졌다고 생각할 수 있습니다. 주 고리 시스템은 토성에서 멀어지는 순서대로 C, B, A로 명명된 세 개의 넓은 주요 고리로 구성됩니다.

고리의 구조는 토성으로부터의 거리에 따른 광학적 깊이로 광범위하게 설명됩니다. 광학 깊이는 구름, 행성의 대기 또는 우주 입자 영역과 같은 매체를 통과할 때 흡수되는 전자기 복사의 양을 측정한 것입니다. 따라서 매체의 평균 밀도를 나타내는 지표 역할을 합니다. 완전히 투명한 매체는 광학적 깊이가 0입니다. 매체의 밀도가 증가함에 따라 수치도 증가합니다.

B 고리는 고리 중에서 가장 밝고 두껍고 넓습니다. 그것은 1.52에서 1.95 토성 반지름까지 확장되며 광학적 깊이는 0.4에서 2.5 사이입니다. 이 값은 행성에서 고리까지의 거리가 전체적으로 균일하지 않기 때문에 고리가 실제로 토성에서 얼마나 떨어져 있는지에 따라 달라지기 때문에 범위입니다. 그것은 주요 고리에서 가장 눈에 띄는 간격인 카시니 분할에 의해 외부 주요 고리인 A 고리와 시각적으로 분리됩니다. 1.95에서 2.02 토성 반지름 사이에 카시니 구분이 있습니다.

이 간격은 Mimas라고 불리는 토성의 위성 중 하나가 끌어당기기 때문에 발생합니다. 이 달은 고리 시스템과 2:1 공명 상태에 있습니다. 즉, 카시니 분할의 고리 입자는 미마스가 한 바퀴 돌 때마다 토성을 두 바퀴 돌게 됩니다. 고리 입자가 카시니 구분에 있으면 Mimas가 지나갈 때마다 궤도의 같은 위치에서 Mimas의 중력에 의해 당겨집니다. 시간이 지남에 따라 그네를 계속해서 밀면 그네가 더 높이 올라가는 것처럼 작은 중력 "예인선"이 더해집니다. Mimas에 의한 중력의 예인선은 결국 고리 입자를 카시니 분할 밖으로 끌어낼 것입니다. 그리고 그것이 내부에 고리 입자가 없는 틈이 있는 이유입니다.

카시니 구분은 평균값이 0.1인 복잡한 광학 깊이 변화를 나타냅니다. A 고리는 2.02에서 2.27 토성 반지름까지 확장되며 광학적 깊이는 0.4에서 1.0입니다. B 링의 내부에는 세 번째 주요 링인 C 링이 있으며 때로는 크레이프 링으로도 알려져 있지만 음식 크레이프와 전혀 닮지 않았습니다. 그것은 1.23에서 1.52 토성 반지름에 있으며 광학적 깊이는 0.1에 가깝습니다. 1.11에서 1.23 토성 반지름에 있는 C 고리의 내부에는 별빛이나 그것을 통과하는 전파에 측정할 수 있는 영향이 없으며 반사광에서만 볼 수 있는 매우 얇은 D 고리가 있습니다.

A 고리 외부에는 2.33 토성 반지름에 좁은 F 고리가 있습니다. F 고리는 나선형 입자가 촘촘하게 감긴 복잡한 구조입니다. F 고리 너머에는 매우 얇은 입자 원반인 G 고리가 있으며 그 너머에는 훨씬 더 얇고 가벼운 입자 고리가 있습니다. 이러한 구조는 인간의 눈에는 보이지 않으며 토성에 접근할 때 밀도 차이를 감지한 우주 탐사선에 의해서만 감지되었습니다.

하지만 그게 다가 아닙니다. 128에서 207까지 확장되는 토성의 반지름은 다른 고리를 훨씬 넘어 가장 바깥쪽에 있으며, 달 Phoebe에 대한 충돌로 인해 흩어진 거대하고 얇은 먼지 고리입니다. 그것은 태양계에서 가장 큰 행성 고리입니다. 그러나 광학적 깊이는 0.8개, 0개, 2개로 매우 작습니다. 이 고리는 실제로 토성에 영향을 미치지는 않지만 Phoebe 자체에 영향을 미치므로 외기권의 구성을 약간 변경하여 평소보다 밀도가 높고 입자가 무거워집니다. 다른 달들도 달 자체에 유사한 영향을 미치는 그들 자신의 유사한 디스크를 만들었습니다.

토성의 위성은 그 자체로 다양한 흥미로운 기능을 가지고 있지만 다음 주 에피소드에서는 이에 대해 이야기하지 않을 것 같습니다. 간단히 요약하자면, 오늘 저는 토성에 대한 모든 것을 이야기했습니다. 특히 토성의 대기와 복잡한 고리 시스템에 초점을 맞췄습니다.