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| [A] 천왕성과 해왕성은 해왕성형 행성으로 따로 분류하는 학자도 있다. | }}}}}}}}} | ||||
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| 태양계의 목성형 행성들 |
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1. 개요
木 星 形 行 星 / Jovian planet목성이나 토성과 같이 질량의 대부분을 유체[1]가 차지하는 행성을 분류하는 형식으로, 특히 목성과 토성처럼 주요 구성성분이 수소, 헬륨 같은 가스 성분일 경우에 영미권에서는 거대 가스 행성(Gas giant Planet)이라고 부르기도 한다.
아울러 천왕성과 해왕성의 경우에는 목성형 행성이기는 하지만, 목성과 토성에 비해 질량이 가볍고 주요 구성성분이 물[2], 메테인, 암모니아와 같은 좀 더 무거운 분자량을 지닌 물질들이다.[3] 그래서 그런지 영미권에서는 목성, 토성과는 구분짓는 명칭으로 거대 얼음 행성(Ice giant Planet)으로 부르기도 한다.
2. 특징
총 질량이 지구에 비해 압도적으로 거대한 행성들이며, 분류를 더욱 세분화해서 거대 가스 행성과 거대 얼음 행성으로 나뉘기도 하는데 보통 거대 가스 행성은 수소, 헬륨이 주 성분으로 목성과 토성이 여기에 해당되며 거대 얼음 행성은 수소나 헬륨보다 분자량이 더 무거운 분자들[4]이 주 성분인 행성으로 천왕성과 해왕성이 여기에 해당한다.목성형 행성의 질량 범위는 대략적으로 지구 질량의 10배부터 목성 질량의 13배까지이다.[5] 이보다 가벼우면 슈퍼지구일 확률이 늘어나며, 이보다 무거우면 핵에서 중수소 융합반응이 일어나 갈색왜성이 되어버리기 때문이다. 지구 질량의 2~10배 사이는 모호한 영역으로 슈퍼지구일 가능성과 해왕성보다 작은 가스 행성(미니 해왕성)일 가능성이 공존한다. 제9행성이 지구형 행성으로도, 목성형 행성으로도 추측되는 이유이기도 하다.
목성형 행성은 보통 거대한 부피에 비해 평균밀도상으로는 가벼운데, 그 이유는 지구형 행성들은 암석과 금속 등 무거운 물질의 비중이 높아 부피에 비해 무거운 편으로 목성형 행성들은 가벼운 물질과 가스로 이루어져 있어 지구형 행성에 비해 밀도가 낮은 편. 다만 해당 행성이 목성보다 무거우면 가스가 압축되어 목성 정도의 크기로 줄어들기 때문에 목성보다 무거운 외계 가스 행성들은 밀도가 높을 수 있다. 예를 들어 목성 질량 10배의 가스 행성은 약 13g/㎤의 밀도를 가지는데 이는 납의 밀도(약 11g/㎤)보다도 약간 높은 수준이다. 또한 이러한 현상은 갈색왜성과 태양 질량 0.1배 이하의 저질량 항성까지 이어져 이들도 목성 정도의 크기를 가진다.
공통적으로 지표면이 물이 아닌 액체로 된 바다로만[6] 이루어져있으며 사람이 몇초만 쬐어도 즉사할 정도로 어마어마한 양의 방사능을 뿜어내고 대륙만한 번개가 끓임없이 치는데다 고층건물도 가볍게 갈아버리는 폭풍이 맹렬하게 휘몰아치기 때문에 우주선이 직접 해당 행성으로 들어가는 것이 불가능하다는 특성을 지니고 있다. 문자 그대로 지옥과도 같은 환경이라 당연히 이런 곳에서는 어떠한 생명체도 살아남지 못한다.
태양계에 존재하는 목성형 행성들은 전부 고리가 있다. 고리가 선명한 토성이나 그나마 보일락 말락할 정도인 천왕성을 제외하면 규모가 너무 작아서 실제로 상용 망원경으로 보기는 매우 힘들다.
수소 대기 외계행성도 생명체가 살 수 있다는 연구결과가 나왔다. #
목성형 행성 대기 구조
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| 차등회전 현상을 설명한 코스모스웩의 영상 |
3. 종류
수다르스키의 행성 분류법 #에 따르면 목성과 비슷한 대기구성의 가스행성은 모성으로부터 받는 일조량에 따라 겉모습이 극적으로 변화한다. 만약 지구같은 골디락스 존 근처에 가스행성이 있을 경우 메탄으로 인해 하늘색 푸른빛을 띄며 지구와 같은 흰색 물 혹은 얼음결정 구름이 표면의 대부분을 덮고있는 상당히 친숙해보이는 모습일 것으로 추정된다. 아래 3종부터 5종까지는 항성에 근접한 뜨거운 목성에 해당한다.1종: 150 K 이하, 암모니아 구름
2종: 250 K 정도, 물 구름
3종: 350-800 K 가량, 구름 없음
4종: 900-1400 K 가량, 알칼리 금속
5종: 1400 K 초과, 규산염 구름
4. 오해
가스 행성이라는 명칭은 행성의 질량의 대부분을 가스가 차지해서 그렇게 이름을 지은 것이지 절대로 행성 전체가 가스로 이루어져있다거나 생성 기원이 달라서 그렇게 지은 것이 아니다. 목성형 행성 모두 내부에 금속과 암석질로 이루어진 핵[7]을 가지고 있을 것이다. 대기는 하층부로 갈수록 막대한 압력과 고온으로 인해 초임계유체 상태까지 될 수 있으며, 조건이 맞지 않다면 초임계유체 상태 대신 액체 수소 바다가 존재할 것이고, 그 아래에는 금속성 수소 바다, 그리고 그 아래의 핵은 얼음과 암석질로 이루어져있다. 즉, 발을 디딜 단단한 대지가 없는 게 아니다. 다만 엄청난 질량의 수소, 헬륨, 암모니아 등의 혼합 가스와 금속성 수소 바다, 높은 압력의 얼음 동소체 및 메테인 바다의 밑에 잠겨있을 뿐이다. 현재의 기술로 만든 탐사위성들의 내구도로는 암석-금속질 핵에 착륙하기는 커녕 대기권 상층부를 간신히 지나다가 대기권 하층부의 높은 압력과 열기로 인해 전부 박살날 수밖에 없다.그리고 이런 바다들은 전기전도성이 높아 대기권에서 친 번개가 바다 내부에까지 칠 가능성이 높고, 압력이 매우 높아 온도가 수천 도에 이른다.
거대 얼음 행성의 경우도 비슷한데, 차이점이 있다면 이곳의 표면은 다이아몬드가 둥둥 떠다니고 액체 메탄이 출렁거리는 바다라는 점과 그 아래의 맨틀은 금속 수소가 아닌 뜨거운 얼음과 물로 이루어졌다는 점이 있겠다. 물론 핵의 경우는 지구형 행성들의 것과 같은 암석-금속질의 핵이다. 마찬가지로 암석-금속핵의 질량은 보통 지구질량의 1.5~5배정도는 된다.
5. 태양계 내 목성형 행성들의 목록[8]
6. 기타
스페이스 오페라에서는 거의 등장하지 않는 행성이다. 그도 그럴 것이 소설에서 나오는 어지간한 외계 문명들은 대부분 지구의 문명을 기반으로 창작된 것이 많은데, 지구와는 환경이 너무나 다른데다 어떠한 생명체도 살아남을 수 없는 문자 그대로의 지옥과도 같은 환경을 가진 목성형 행성은 문명이 자리잡는다는 상상을 하는 것 자체가 거의 불가능하기 때문. 그나마 알려진 창작물에서의 목성형 행성으로는 스타워즈의 베스핀, 아바타의 폴리페모스 등이 있다. 그러나 직접적으로 생명체가 살아가는 것이 아니다. 전자는 공중도시에서 후자는 암석형 행성인 위성에서 살아가는 것이다. 그나마 목성형 행성의 위성에서 살아가는 설정은 목성형 행성 자체에서 살아가는 설정보다는 조금 떠올리기 쉬운 편이다.그래도 일부 창작자들이 상상력을 발휘하여 목성형 행성에 살아가는 생명체를 상상한 적은 있다. 실제로 칼 세이건과 에드윈 샐피터는 목성형 행성에 존재 가능한 생명체의 유형을 2가지로 분류하기도 하였다.[9] 관련 기사
또한 극소수 지만 일부 창작물의 경우 목성형 행성이 대부분 지표면이 없다는 점을 이용해 부유도가 가스 행성의 유일한 대륙이자 땅으로 묘사된다.
목성형 행성은 대부분 지표면이 없기 때문에 테라포밍도 불가능하다. 거대한 인공 지각을 둘러싸는 방법이 있으나 목성형 행성의 크기를 생각하면 굉장히 먼 미래의 얘기다. 현재로선 공중 도시를 띄우는 단계조차 공상의 영역이다.
[1]
수소,
헬륨 등
가스나
물 혹은
메테인 등의
기체나
액체 상태의 물질들이다.
[2]
이 행성들의 심층부에 존재하는 물의 상태는 우리가 흔히 볼 수 있는 상태의 물이 아니라, 고온고압의 조건에서만 생성되는
얼음 동소체 따위로 변환된 상태이다.
[3]
실제로 천왕성과 해왕성같은 행성들이 모성 가까이서 공전하면
바다 행성으로 환경이 변한다. 일반적인 목성형 행성과는 그 궤가 상당히 다른 것이다.
[4]
대표적으로
물,
메테인,
암모니아.
[5]
목성형 행성으로 판정된 행성 중 가장 무거운 행성은 목성 질량의 17배. 중수소 융합 반응이 일어나지 않아 행성으로 판정되었다.
[6]
천왕성과 해왕성은 메탄, 목성은 엄청나게 뜨거운 액체수소로 된 바다가 펼쳐져있을 것이다. 맹렬하게 몰아치는 폭풍으로 인해 파도도 지구와는 차원이 다른 수준으로 매우 높게 일렁일 것이다.
[7]
목성의 경우에는 지구 질량 14~15배의 핵을 가지고 있다. 이들은 딱히 태생부터 가스가 많았던 게 아니라 그냥 행성 형성 초기부터 지구보다 질량이 커서 가스를 많이 끌어당겨 붙잡을 수 있었기에 두꺼운 대기를 가지게 된 것 뿐이다. 지구도 질량이 지금보다 10배 이상 컸다면 목성형 행성이 됐을 것이다. 역으로 목성의 핵의 질량이 지금보다 훨씬 작았으면 평범한
지구형 행성이 됐을 것이다.
[8]
태양계 밖의
외계 행성들은 제외한다. 수가 너무 많아지는 데다 이 중에는 지구형/목성형 행성의 구분이 명확하지 않은 행성들도 많기 때문이다.
[9]
스타워즈의 베스핀에 살고 있는 부유 해파리인 벨 돈과 워해머 40k의 가스 행성에 서식하는 외계 조류도 여기에 해당한다.