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항성 | |||||||
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☉ 태양 |
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| 행성 및 위성 | ||||||||
| 지구형 행성 | 목성형 행성[A] | |||||||
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[[수성| ☿ ]]
수성
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♀ 금성 |
⊕ 지구 |
♂ 화성 |
♃ 목성 |
♄ 토성 |
♅ 천왕성 |
♆ 해왕성 |
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| 위성 없음 |
☾ 달 |
데이모스
포보스 |
갈릴레이 위성 포함 95개 |
타이탄 포함 146개 |
티타니아 포함 28개 |
트리톤 포함 16개 |
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| 왜행성 및 소행성체[B] | ||||||||
| 소행성대 | 켄타우로스족 | 카이퍼대 | 산란 분포대 | 세드나족 | 성간 천체 | |||
| 명왕성족 | 하우메아족 | 큐비원족 | ||||||
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⚳ 1 세레스 ⚴ 2 팔라스 ⚶ 4 베스타 외 다수 |
⚷ 2060 키론 10199 카리클로 외 다수 |
♇ 134340 명왕성 |
136108 하우메아 |
136472 마케마케 |
136199 에리스 |
90377 세드나 2012 VP113 541132 렐레아쿠호누아 |
1I/오우무아무아 2I/보리소프 |
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| - | - |
카론 포함 5개 |
히이아카 나마카 |
S/2015 (136472) 1 | 디스노미아 | - | - | |
| 오르트 구름 | ||||||||
| [A] 천왕성과 해왕성은 해왕성형 행성으로 따로 분류하는 학자도 있다. | }}}}}}}}} | |||||||
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<colbgcolor=#F1E2AE><colcolor=#000> 토성
土星 | Saturn |
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| 촬영: Cassini-Huygens ( NASA, 2008) | |
| 기호 | ♄[1][2] |
| 구분 |
외행성 목성형 행성 (거대 가스 행성) |
| 소속 | 우리 은하 |
| 평균 지름 |
120,536km (적도) 108,728km (극) |
| 표면적 | 4.27×1010 km² |
| 질량 | 5.6846 × 1026 kg (95.16 M⊕) |
| 궤도 장반경[3] |
9.5549
AU 1,429,395,496km 4,768 광초, 1 광시 19 광분 26 광초 |
| 원일점 |
10.053 508 AU |
| 근일점 |
9.020 632 AU |
| 이심률 | 0.05555 |
| 궤도 경사각 |
2.485° (황도면 기준) 5.51° (태양 적도 기준) |
| 공전 주기 |
29.4571년 10,759.22일 24,453 토성태양일 |
| 자전 주기 | 10시간 33분 38초[4] |
| 자전축 기울기 | 26.73° |
| 대기압 | 50 ~ 200kPa (대기 상층부 기준) |
| 대기 조성 |
수소 96% 헬륨 3% 메테인 0.4% 암모니아 0.01% 중수소화수소 0.01% 에테인 0.0007% |
| 평균 온도 |
1 bar 기준 134
K (섭씨-139도) 0.1 bar 기준 84K (섭씨-189도) |
| 최고 온도 | - |
| 최저 온도 | - |
| 표면 중력 | 1.065G |
| 겉보기 등급 | +1.47 ~ −0.24[5] |
| 위성 | 146개 ( 타이탄 외 다수) |
| 별칭 | 전성(塡星), 진성(鎭星)[6] |
[clearfix]
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| 궤도에서 촬영한 토성의 모습 |
1. 개요
토성( 土 星, Saturn)은 태양계의 여섯 번째 행성으로, 태양계 내 행성 중에서 두 번째로 큰 크기를 가지고 있다.지구와 비교하면 약 95배 정도 무거우며, 부피는 지구의 764배로 거대한 고리를 가진 행성으로 유명하다.
2. 형태
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| 만약 달이 있는 자리에 토성이 있다면 지구에서는 이렇게 보일 것이다. 출처 |
겉보기와 달리 힘은 별로 못 쓰는 편인데 중력이 1.065G밖에 안 된다. 크기(763배)와 질량(95배)을 감안하면 오히려 지구의 중력이 더 강하다고 할 수 있다.[7] 어쨌든 지구에서 체중이 100kg 나가는 사람이 토성에 가면 106.5kg가 된다.
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| 토성의 비중은 0.69로 물에 뜨는 행성이라는 우스갯소리가 널리 알려져 있다. |
토성의 위성 중 하나인 타이탄은 수성보다도 크며 메탄 구름에서 액체 메탄 비가 내리는, 대기를 가지고 있는 위성이다. 기압도 무려 지구의 1.5배에 달한다. 이러한 사실 때문에 타이탄은 많은 SF의 소재가 되기도 했다. 또한 토성에서 가장 큰 위성으로, 타이탄의 질량은 다른 모든 토성의 위성들을 합친 것의 약 25배.
토성에도 목성처럼 줄무늬가 존재하나 상당히 희미해서 눈에 잘 띄지 않는다. 이는 전체적으로 각 구름 층이 목성에 비해 두껍기 때문이라고 한다.
카시니-하위헌스호가 탐사했으며 여지껏 알 수 없었던 많은 것들을 알게 됐다. 카시니 호가 관측한 데이터를 분석한 결과, 토성의 자전주기는 10시간 33분 38초라고 한다.
2020년 12월 21일 목성과 거의 근접했다. 1623년 이후 397년 만이며 저녁 7시경까지 육안으로도 확인할 수 있었다. 다만 1623년에는 태양과 너무 가까워 태양 빛에 행성들이 가려 지구 대부분 지역에서 관측하기 어려웠을 것이며 관측 가능했던 대접근은 1226년으로 사실상 800년 만에 관측할 수 있었던 셈이다. 이 장면을 다시 보려면 2080년 3월 15일까지 기다려야 한다. #1 #2 #3 #4 #5 국립과천과학관 생중계
토성의 핵은 잘 알려진 바가 없어서 단단한 암석이라고 생각했으나, 2021년 8월 16일 <nature astronomy>에서 발표된 연구에 따르면 핵은 얼음, 바위, 금속성 유체가 뒤섞인 상태라고 밝혀졌다.
3. 토성의 자기권
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| 카시니-하위헌스의 탐사 자료로 측정한 그림 |
토성은 강력한 자기장을 지니며, 그 구조는 지구와 유사한 쌍극자 형태를 보인다. 그러나 토성의 자기장은 자전축과 거의 일치하는 독특한 특징을 가지고 있다. 이는 토성 내부의 금속성 수소층에서 발생하는 전류에 의해 형성된 것으로 추정된다. 또한, 토성의 자기권은 태양풍과의 상호작용으로 인해 복잡한 구조를 형성하며, 이는 토성의 대기와 고리에 영향을 미친다.
2018년 9월 4일 NASA의 발표가 있었다. 토성이 목성에 밀리지 않는 수준의 강력한 자기권을 보유한 것으로 확인되었다는 것이었다.[8] 목성보다 약간 범위가 작긴 한데 에너지는 목성 : 토성 질량인 4:1의 격차보다 훨씬 적은 8:5. 실제로 질량당 자기 에너지는 토성이 더 세다고 한다. 지구자기장은 비교도 안 된다고 한다.
현재 나사 홈페이지에는 목성은 지구대비 자기장 세기가 16~54배에 불과하나 토성은 무려 578배에 달한다고 서술되어 있다. 다만 진짜 토성에 간다고 578배의 자기장을 직격으로 맞는다고 생각하면 곤란하고, 자세한 설명은 없으나 지구와 같은 크기, 같은 질량임을 가정한 수치일 것으로 보인다. 물론 이런걸 가정하지 않아도 토성에서 가장 강력한 자기장을 내뿜는 위치에선 인간을 자기장만으로도 찢어죽이긴 충분한 수치일 것이다.[9]
2018년도에 발표된 사실이라 현재는 시간이 꽤 지났다면 지난 정보인데, 아직 영문 위키백과는 물론 이후 나온 여러 천문학 정보들에도 아직 토성 자기장이 지구보다 약하다는 서술이 많다. NASA도 토성 자기장이 생각외로 세다는 사실보단, 토성이 굉장히 특이하게도 자전축과 자기축이 거의 일치한다는 것[10]도 함께 밝혀졌기에 거기 관심이 더 많은 모양새다.
4. 고리
| 토성의 고리를 찍은 카시니 위성 사진을 이어붙여 동세를 알아볼 수 있는 영상. 고리에 비친 토성의 그림자를 포함, 각 위성들이 토성 고리 유지에 어떤 역할을 하고 상호작용을 하는지 관찰할 수 있다. |
토성은 환상적인 고리(Rings of Saturn)를 가진 것으로 잘 알려져 있다. 사실은 목성, 천왕성, 해왕성도 고리를 가지고 있지만 토성의 그것에 비하면 거의 눈에 보이지 않을 정도로 가늘고 작다. 토성의 고리는 저가 망원경으로도 충분히 관측이 가능하다. # 그럼에도, 토성 고리의 형성 과정은 달의 생성 과정이 그렇듯이 아직도 결론이 나지 않은 영역이다.
토성의 고리는 토성의 적도면에 자리 잡고 있으며 토성 표면에서부터 약 7만~14만km까지 분포하고 있어 토성의 고리 너비는 약 7만 km에 이른다. 수 마이크로미터에서 수 미터에 이르는 얼음덩어리나 암석 입자로 구성되어 있다. 이는 토성의 중력, 위성들과의 중력 상호작용, 자기장 등의 복합적인 요인에 의해 형성된 결과로, 고리의 구조와 동역학은 행성 형성 이론 연구에 중요한 정보를 제공한다.고리는 토성의 공전궤도면과 일치하지 않고, 두께가 수미터~수십미터 정도로 매우 얇기 때문에 토성이 궤도의 어디쯤에 있느냐에 따라 보이는 정도가 달라진다.
1609년 최초로 토성을 관측한 갈릴레오 갈릴레이는 좋지 못한 망원경으로 고리를 알아차리지 못하고 귀라고 생각했다. 1656년 네덜란드의 천문학자 하위헌스는 한층 발전된 기술로 자신이 제작한 50배율의 굴절 망원경을 이용해 이것이 고리임을 밝혀냈다. 이어서, 1675년 이탈리아의 천문학자 카시니는 토성의 고리가 여러 개로 이루어져 있다는 것을 밝혀냈다.
오랫동안 토성의 고리는 40억년 이상 전에 형성된 것으로 추정되어 왔다. 생성된 지 얼마안된 토성의 강력한 중력장이 주변을 지나는 혜성과 소행성을 붙잡아 이들이 서서히 띠를 형성했다는 것. 그러나 보이저 1, 2호 및 카시니 호의 관측 결과 고리의 구성 물질과 성분의 생성 연대가 훨씬 짧다는 것이 밝혀졌고 2022년에는 1~2억년 전쯤 토성의 위성 중 하나가 토성의 중력에 의해 부서지면서 형성됐다는 새로운 연구결과가 발표되기도 했다. 기사1 기사2
이 고리에 대해 과거에는 얼마 가지 않아 구조가 뭉개질 일시적인 현상에 불과하다고 예상된 바 있다. 2017년 카시니-하위헌스(카시니-하위헌스) 호의 관측에 따르면 토성의 고리를 이루는 물질들이 토성의 대기로 흡수되어 초당 1.5t씩 없어지고 있다는 것이 밝혀졌다. 3억 년 안에 토성의 고리가 완전히 없어질 수도 있다는 것. 기사 반면에 고리의 물질들은 활발하게 생성, 소멸되고 있으며, 고리는 앞으로도 수십억 년 동안 지금과 똑같은 형상을 유지할 것이라는 분석도 있다. 또한 특정한 위성들이 소위 '양치기' 역할을 하여 중력으로 각 고리들을 끌어당겨 유지하고 엔셀라두스처럼 물질을 분사하는 경우에는 고리를 유지시키는 물질을 공급하는 역할 또한 도맡는다. 위의 영상에서처럼 고리가 정적으로 안정된 것이 아니라 끊임없이 움직이며 율동하고 있으며 고리를 붙잡아두는 역할을 하는 위성들이 지나갈 때마다 고리에 파문이 일 듯 출렁거리는 현상도 확인된다. 소행성대의 행성계 버전이라 봐도 될 듯.
고리의 생성 원인은 로슈 한계 안으로 접근한 위성이나 혜성 등으로 생각된다. 로슈 한계란 위와 같이 위성이나 소행성 등이 행성의 조석력을 버티지 못하고 부서지는, 행성이 위성을 가질 수 있는 최소한의 거리를 말하는데, 모행성의(=토성) 중력과 물체의 크기 및 물체 자체의 중력과 관련되어 있다. 토성의 고리는 모두 이 안에 위치하므로 신빙성이 있다.
토성이 이렇게 큰 고리를 가지게 된 것이 언제부터인지는 논란의 대상이다. 이론적인 예측으로는 태양계의 형성 시기로 보고 있지만, 최근의 연구에서는 의외로 그리 오래지 않았다고 보기도 하는데 이는 태양계 초기에 형성됐다면 지금쯤 얼음 입자가 꽤 더러워졌어야 하는데[11] 그러기엔 고리의 반사율이 높기 때문이라는 것이다. 추정으론 대략 9천만~1억년 전에 지름 400km대 얼음 위성이 로슈 한계로 돌입해 부서졌거나 거대한 위성 및 혜성과의 충돌로 산산조각나면서 고리가 된 것으로 여겨진다.( 28:40 참고) 그러나 충분히 더럽지 않은 건 엔셀라두스의 물 입자가 이를 청소하기 때문이 아닌가 하는 의심도 있으며, 그 형성 시기는 여전히 확실한 결론이 나지 않은 상태이다.
참고로 우주에서 인류가 발견한 가장 거대한 고리는 갈색 왜성 혹은 거대한 목성형 행성 으로 추정되는 J1407b의 것으로[12], 토성의 고리보다 640배 가량 더 크다. # 이렇게 생겼다. #관련 영상 melodysheep의 그래픽 예상영상
고리끼리의 간격도 넓다보니 다프니스 같은 위성들도 고리 사이에 존재한다. 고리의 간극에 위치해서 고리의 작은 입자들을 관리하는 듯한 모습이어서 그런지 이 위성들엔 신화 속 양치기들의 이름이 붙었다.
천문학에서 토성에 고리가 있는지의 여부는 의외로 논란이 심했다. 우선 토성의 정확한 외형을 관측하기 위해선 결국 망원경이 필요했다. 갈릴레오 갈릴레이가 망원경을 이용해서 토성의 고리를 확인했지만, 그럼에도 불구하고 논란은 사그러들지 않았다. 갈릴레이 이후의 학자들도 토성을 관측하면서 토성 주위에 뭔가가 있다는 것은 확인했지만 그것이 실제 고리인지, 아니면 고리가 아닌 토성 주위의 다른 물체나 위성인지, 그것도 아니면 망원경 성능의 한계로 인한 오차인지 논란이 분분했다. 1610년, 갈릴레오 갈릴레이는 처음에는 고리를 귀나 컵 손잡이로 보기도 했다. 위에서 언급했듯이 고리의 궤도는 토성의 공전 궤도와 일치하지 않아서 관측 모습이 시시각각 변했고, 이는 학자들에겐 더 큰 혼란을 안겨다 주었다. 게다가 아직 아리스토텔레스식 우주관이 남아 있는 탓에 '완벽한 구형이어야 할 행성에 고리가 있다는 건 말이 안되는데?'란 고정관념도 강해서 더더욱 논란이 심해진 것. 이후 1655년 크리스티안 하위헌스가 최초로 이가 고리임을 주장했고, 오랫동안 관측 자료가 쌓이고 토성 주위에 위성과 고리가 존재한다는 사실이 자리잡으면서 해결되었다.
토성 C 고리의 나선형 파장을 분석해 행성 내부의 핵이 지금까지 알려진 것과는 달리 얼음과 암석이 금속성 유체와 섞여 있는 형태라는 새로운 연구 결과가 나왔다. #
고리 입자들이 토성에 얼음 비처럼 내리며 상층 대기를 가열하는 현상이 확인됐다. #
45억 년 전 탄생한 토성에 비해 토성의 고리가 훨씬 젊다는 연구 결과가 공개됐다. 토성의 나이는 45억 살이고 토성의 고리는 4억 살이라고 한다. #
5. 탐사
| 인류의 토성 탐사 | ||||
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| <colbgcolor=#fff,#000> 파이어니어 11호 | 1979년 | NASA | 중력도움 | |
| 보이저 1호 | 1980년 | NASA | 중력도움 + 타이탄 중력도움 | |
| 보이저 2호 | 1981년 | NASA | 중력도움 | |
| 카시니-하위헌스 | 2004년 ~ 2017년 | NASA / ESA | 토성 궤도선 & 타이탄 착륙선 | |
| 드래곤플라이 | 2027년 발사예정 | NASA | 타이탄 착륙선 |
6. 위성
| 토성의 위성 | |||||
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미분류 (순행) |
S/2006 S 12 · S/2019 S 6 · S/2004 S 24 | ||||
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※ 위성들은 토성에서부터의 거리 순으로 정렬 ※ *: 대형 위성 ※ 모든 내위성 및 대형 위성은 순방향 공전 |
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토성은 목성과 더불어 많은 수의 위성을 거느리고 있다. 우주 망원경과 인공위성의 근접촬영으로 2020년 이후에도 많은 수의 위성이 추가로 발견되고 있다.
이 추가 위성 발견 상황에 따라 태양계에서 최다 위성을 보유한 행성의 타이틀은 목성과 토성이 서로 엎치락뒤치락 하고 있는 중인데, 2023년 5월에 토성의 위성 62개가 추가로 발견됨에 따라 2023년 5월 현재 태양계에서 최다 위성 보유 행성의 타이틀은 146개로 토성이 가지고 있다.
목성의 위성 갯수는 같은 시점에 95개로, 앞으로 몇 년안에 더 늘어날 가능성이 많으나, 2023년 5월에 신규로 늘어난 토성 위성의 갯수가 많아서 한동안은 토성이 타이틀을 계속 보유할 것으로 예측된다.
6.1. 토성의 위성 발견사
1655년 제1위성인 타이탄(발견자 하위헌스)을 필두로 17세기 후반 이아페투스, 레아, 디오네, 테티스의 4개 위성을 카시니가 발견했다. 18세기(1789년)에는 윌리엄 허셜에 의해 미마스와 엔셀라두스가 발견되었다. (이상의 지름 400km 이상 위성을 "토성 7위성"이라고 부르기도 한다.)1848년에는 히페리온, 1899년에는 포에베가 페루에서 발견되었다. 그리고 1966년 야누스가 발견되었다. 이렇게 보이저 이전에 발견 된 위성은 10개였다.
1980년 보이저 1호가 발견한 위성이 7개, 가장 가까운 위성인 야누스가 1990년, 그 외 위성 관측 능력이 급성장한 2000년부터 2019년 무더기 발견 직전까지 확인된 게 추가로 42개였다. 사실 엄밀히 말하면 토성의 고리를 구성하고 있는 각종 암석 등 수많은 물질이 전부 다 토성의 위성이라고 할 수 있지만, 그 자잘한 미물들을 전부 천체라고 하면 다른 행성들은 억울하다.
6.2. 주요 위성 및 특징
토성의 위성은 제각각 재미있는 특징을 가지고 있다.초기 위성들은 대개 티탄족들의 이름을 붙여놔서, 판, 아틀라스, 프로메테우스, 판도라, 에피메테우스, 야누스 같은 위성명으로 이어진다. 이런 "티탄계" 이름은 윌리엄 허셜의 아들 존 허셜이 1847년 쓴 책 "희망봉에서 이루어진 천체관측 결과"에 수록된 것이 최초다.[13]
- 이하 크기 순으로 정렬한다.
토성의 위성 중 필두인 타이탄은 두꺼운 대기가 있는 위성, 태양계에서 유일하게 기후현상이 있는 위성으로 유명하다. 궤도 순서로는 20번째이다. 자세한 내용은 타이탄 문서 참고.
두 번째로 큰 레아에도 산소가 존재 한다는 사실이 발견되었다. # 궤도 순서로는 19번째 위성이다. 고리가 있다는 추정이 있으나, 증명되지 못했다.
세 번째로 큰 이아페투스(1671년 발견, 궤도 순서 22번째)은 흑과 백이 뚜렷한 외형으로 유명하다. 후술하는 미마스와 함께 데스스타 떡밥이 나오는 위성.[14] 이아페투스 외곽의 작은 위성들은 공전 거리가 1천만 km 이상으로 대폭 뛰는데 " 이누이트군" "갈릭( 갈리아)군" "노르스(Norse, 북유럽)군" 등으로 나뉜다.
디오네(궤도순서 16번째)는 4번째로 큰 위성이며, 테티스(궤도순서 13번째)는 5번째로 큰 위성이다. 테티스와 디오네는 자신과 같은 궤도를 공전하는 두 개의 작은 위성이 있다.
6번째로 큰 엔셀라두스(궤도순서 12번째)는 지름 500km로 이 위성은 태양광 반사율이 100%에 가까울 정도로 매우 밝게 빛난다. 토성의 위성 중 하나인 엔셀라두스(Enceladus)는 남극 지역에서 강력한 수증기 분출을 보인다. 이 분출은 얼음 표면 아래에 존재하는 지하 바다에서 기인한 것으로, 수증기와 함께 유기 화합물, 염류 등이 포함되어 있다. 이는 엔셀라두스가 생명체 존재 가능성을 지닌 환경을 갖추고 있을 수 있음을 시사하며, 향후 우주 탐사의 주요 대상으로 주목받고 있다. 카시니 호의 탐사결과 이 위성의 남극의 얼음화산에서 물 등이 뿜어져 나오는 것을 발견했다. 이는 별 자체가 지질학적으로 살아 있다는 증거가 되며 표면 아래에 물로 이루어진 바다가 있을 거라는 추측이 있다. 결국 2014년 4월, 엔셀라두스 바다가 발견되면서 단숨에 태양계 내에서 (지구 제외) 생명체가 존재할 가능성이 높은 곳에 손꼽히게 되었다.[15] # 당시 기사
궤도에서 안쪽으로 여덟째(혹은 아홉째)이자, 7번째로 큰 미마스에는 크기가 미마스 지름의 1/3에 이를 정도로 커다란 허셸(Herschel) 크레이터가 있는데 그 모양 때문에 영화 스타워즈의 데스스타라는 별명이 붙어 있다. 지름 397km.
크기로써는 8등으로 "토성 7위성"에는 속하지 못하지만, 포에베(궤도순서 25번째)에도 놀라운 점이 있다. 포에베는 토성의 다른 위성들과 반대로 돈다. 주요 위성 가운데서는 토성으로부터 가장 멀리 떨어져 있으며(자그만치 궤도 반지름만 643만km) 토성을 공전하는 데 550일이 걸린다. 반대로 도는 이유에 대해선 수수께끼지만 대체적으로 다른 곳에서 이끌려 온 해왕성의 위성 트리톤과 비슷한 신세의 위성이라는 설이 유력하다. 더 큰 7위성과 달리 포에베는 스스로의 중력이 약해 유체정역학적 균형을 이루지 못하는 감자와 같이 찌그러진 비 구형 위성이다.
테티스의 라그랑주점의 L4지점에 위치한 텔레스토, L5지점에 위치한 칼립소라는 두 위성이 있으며 디오네 역시 라그랑주점 L4지점에는 헬레네, L5지점에는 폴리데우케스라는 두 위성이 있다. 각 계는 중력적으로 안정되어 있어서 이변이 일어나지 않는 한 절대로 서로 충돌하는 일은 없다.
2014년까지 발견된 토성의 위성 중 토성에서 가장 가까운 것은 지름이 300미터에 불과하며, 그보다 좀 떨어진 궤도에서 지름 40미터짜리도 발견되었다. 그 외에도 Earhart나 S/2009 S 1, Santos-Dumont, Bleriot 등의 별명을 가진 여러 소위성(moonlet)들이 있으며 이들을 위성으로 인정해야 할지 의견이 분분하며, 위성 재발견이 가능할지도 관건이다.
더 나아가 토성의 고리를 이루고 있는 수억 개의 얼음 조각들과 돌덩이들도 중력에 잡혀 주변을 돌고 있으므로 하나하나가 위성이라고 할 수 있지만 현재까지 이들에 대해 명확하게 이야기된 바는 없다. 다만 이 경우 행성의 정의나 왜행성의 정의와 비슷하게 위성의 정의를 따로 규정할 가능성도 있다. 토성의 주요 위성들이 고리의 사이사이에 자리잡아 고리를 유지하는 등의 예를 보면 행성의 정의와 비슷한 내용으로 논의를 거칠 것이라고 예상할 뿐이다.
7. 대백반(大白斑: Great White Spot)
2010년 11월 5일 ~ 2011년 8월 12일까지의 변화. 북반구의 마치 거대한 우유를 풀어둔듯한 하얀색 줄무늬가 바로 대백반이다.
토성도 목성처럼 내부운동이 활발하다. 그 예로 목성엔 대적반이 있다면 토성엔 대백반이 있는데 지름은 수천km, 최대 풍속은 시속 1,700~1,800km로 막강한 위력을 보여준다. 이는 목성 대적반의 80~100m/s보다도 5~6배 빠른 것이다.[16][17] 여하튼 내부의 열로 인해 대기 대순환의 하나로 대폭풍이 발생하기에 토성은 생김새와 달리 내부는 지옥일 것이다.
1876년 아사프 홀(Asaph Hall)[18]에 의해 처음 관측된 이후 28.5년을 주기로 항상 관측된다. 이 주기는 토성의 북반구가 태양을 바라보는 주기와 일치한다.
처음엔 작은 점에서 시작하나, 규모가 급격하게 커지는 게 특징이다. 또한 크기도 매번 달라서 1876년에 관측된 대백반은 60mm 망원경으로 보일 정도로 선명했고 1990년에 관측된 대백반은 토성 북반구 전체를 감쌀 정도로 거대했다.
이 폭풍이 대기층 아래에 있던 물질들을 끌어올리는 덕분에 토성의 대기 구조를 밝히는 데 큰 공헌을 했다.
1990년대에는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 "열적 불안정(thermal instability)"이라는 현상에 의해 발생하는 것으로 추측됐다.
2015년 Caltech에서는 이 이론을 좀 더 보완해 토성에서 내리는 비와 관련이 있을 것이라고 주장한다. 물 분자가 비가 되어 내리기 시작하면 상층부 대기가 가벼워져 대기 상층부와 하층부의 대류 현상을 억제하고 있었으나[19] 상층부 대기가 너무 차가워지면 결국 하층부의 따뜻하고 습한 공기가 급속도로 올라와 거대한 폭풍을 만드는데, 이게 바로 대백반이라는 것. 이 현상이 일어나는 데 평균적으로 걸리는 시간이 20~30년이라고 한다. 목성에서 이렇게 강력한 폭풍이 발생하지 않는 이유는 대기에 수증기가 상대적으로 적어 이 현상이 일어날 수 없기 때문이다.
수백 년간 지속해서 대기에 영향을 미칠 정도로 거대한 폭풍이 분다는 연구 결과가 나왔다. #
7.1. 용의 폭풍 (Dragon storm)
용의 폭풍(Dragon Storm) 이라는 것도 있는데, 대기 하층부에서 발생하며 대백반과는 달리 오랫동안 지속된다. 강력한 전파가 방출되고[20] 갑자기 밝게 달아오른 뒤 잠잠해지는 현상이 관측된다. 2004년에는 이 폭풍이 3개의 소형 폭풍들을 근처에 형성하기도 했는데, 곧 다른 거대 폭풍에 흡수되었다고 한다. 이 폭풍이 대기 하층부의 에너지를 상층부로 전달하는 매개체일 수도 있다는 의미다. NASA에서는 이 현상을 먹이사슬로 비유했다.
8. 북극의 육각형 거대 폭풍
토성의 북극에는 거대한 육각형(헥사곤) 형태의 구름 패턴이 존재한다. 이 구조는 약 30,000km에 달하는 직경을 가지며, 지구 두 개를 나란히 놓을 수 있는 크기이다. 헥사곤의 형성 원인은 정확히 밝혀지지 않았으나, 대기의 제트류와 회전 속도의 차이에 의해 발생하는 것으로 추정된다. 이 현상은 태양계 내에서 유일하게 토성에서만 관측되며, 대기 역학 연구에 중요한 단서를 제공한다. 카시니 탐사선이 약 61만km 상공에서 촬영한 사진을 NASA에서 공개한 것이다. 이 구름은 토성의 2만 5천km 상공에 형성되었으며 지구의 허리케인처럼 수증기로 구성된 소용돌이로 알려져 왔다. 아마도 생성 방식이 허리케인과 비슷해 보인다고.
그 중심에는 구름이 없거나 매우 적고, 상층의 구름은 밀도가 매우 높을 것으로 추정되며 동시에 중심부의 회전 속도는 (지구의 허리케인의 약 4배 속도인) 시속 530km에 이른다.
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| 출처 NASA #2 |
1980년대 보이저 1호, 2호가 토성을 통과하면서 확인한 이래, 카시니 탐사선 방문까지 30년 이상 지속되고 있다. /외부 링크
실험실 단위에서 원리의 규명과 재현에 성공했다. 기체의 유속 차이에 의해 내부와 외부 흐름에 경계가 생기고, 그 경계면의 제트기류의 흐름이 주변을 둘러싸는 찌그러진 회전유체와 맞물리며 육각형을 만든다. 눈으로 보기에는 깨끗한 육각형이지만 실제로 힘의 흐름은 육망성 형태에 가까운 웨이브를 그리게 된다.
9. 대중매체
토성은 자전축이 약 26.7도 기울어져 있어 지구와 유사한 계절 변화를 겪는다. 그러나 공전 주기가 약 29.5년으로 길기 때문에 각 계절은 약 7년씩 지속된다. 계절 변화에 따라 대기의 순환 패턴, 구름 형성, 폭풍 발생 등이 달라지며, 이는 토성의 기후와 날씨 현상에 영향을 미친다. 특히, 북반구 여름철에는 거대한 폭풍이 발생하는 경향이 관측되었다.10. 대중매체
아이작 아시모프의 장편 SF 파운데이션에서 태양계를 찾는 심볼로 이용된 바 있으나, 사실 거대한 고리를 가진 행성은 우주적으로 보면 그렇게까지 희귀한 존재는 아닐 것이다. 솔로몬 가족은 외계인의 오프닝 장면에서 저 고리를 훌라후프로 써서 운동하는 토성을 볼 수 있다.미소녀 전사 세일러 문 시리즈의 세일러 새턴은 토성을 수호성으로 한다.
은하철도 999 극장판에서 위성인 타이탄 이 두 번째 역으로 등장한다. 뭘하든 상관없는 낙원법이라는 막장법이 있다. 개인의 자유를 존중하는듯이라지만 너무 지나치다. 극장판에선 이 장소에서 철이가 코스모 건과 모자, 망토를 획득한다.
웹툰 주일은 쉽니다와 우주는 쉽니다에서는 토성을 의인화한 캐릭터인 새턴이 등장한다. 항상 고리로 눈을 가리고 다니는게 특징.
메탈 베이블레이드 4D의 등장인물인 레전드 블레이더 아그마의 사용베이 사이즈 크로노스가 토성을 상징하는 베이다.
크리스토퍼 놀란 감독의 영화 인터스텔라의 초반에 웜홀이 토성 근처에서 발생했다는 설정이 있다. 작중 인듀어런스 호가 토성 옆을 지나는 장면이 나오는데, 토성의 압도적인 크기와 고요함이 맞물려 인간이 얼마나 작은 존재인가를 실감하게 해준다.
디볼버 디지털 배급의 신작 게임 옵저베이션에서는 토성 궤도로 갑자기 이동된 국제우주정거장이 배경으로 등장하며, 위 항목의 북극의 육각형 폭풍도 우주 유영을 하면서 볼 수가 있다.
세가의 여섯번째 콘솔기기인 세가새턴은 바로 태양계의 여섯번째 행성인 토성 때문에 그렇게 이름지어진 것이다.
Warframe에서는 사가스 럭 장군이 이끄는 그리니어가 토성 주변을 점거하고 있다.
Warhammer 40,000에서는 이단심문소(Warhammer 40,000)의 시설이 즐비한 출입 금지 구역이다.
토성과 육각형을 주 소재로 사용한 게임 Observation이 있다.
2021년 8월 29일, 수원 케이티 위즈 파크에서 벌어진 KBO 리그 kt wiz와 삼성 라이온즈와의 경기 도중에 토성이 중계화면에 잡혔다. 이 경기를 중계한 MBC SPORTS+의 심재학 해설위원과 정병문 캐스터는 설마 진짜 토성인 줄은 모르고 웃어넘겼으나, 추후 진짜 토성임이 밝혀졌다. 위에 언급된 대로 조건만 맞다면 저가 망원경이나 카메라로도 고리까지 선명하게 관측할 수 있는 천체이기 때문에 이보다 훨씬 좋은 성능의 중계용 카메라에 찍힌 게 이상한 건 아니다. 토성에 묻히긴 했지만 그 전날 중계에서는 목성 또한 카메라에 잡혔다.[21]
제3훈련비행단의 이명이 토성대며, 부대마크에도 토성이 그려져 있다. 한국과학우주청소년단의 마크도 토성과 태극을 형상화한 것이다.
웹툰 블랙 베히모스에서는 별(행성)과 영혼을 공유하는 별의 마녀 가문이 존재하는데, 이들 중 토성과 영혼을 공유하는 마녀가 등장한다.
애니메이션 슈팅스타 캐치! 티니핑에서는 이 행성을 모티브로 한 티니핑인 훌라핑이 등장한다.
[1]
그리스 문자
η(에타)에서
기독교의 영향으로 왼쪽 끝을 위로 늘리고는
십자가로 만든 것에서 유래했다고 한다. 에타인 이유는 서양에서 토성 이름의 유래가 된
크로노스(
사투르누스)가 농경의 신으로서 낫을 든 모습으로 많이 묘사되는데 이게 η의 모양과 유사했기 때문이라고 한다.
[2]
디랙 상수를 뜻하는 [math(\hbar)]와
닮은꼴 문자이기도 하다. 그럴 수 밖에 없는 게 토성의 기호나 플랑크상수(하)나 모두 그리스문자 이타(η)에서 나왔기 때문이다.
[3]
궤도의 반지름. 쉽게 말해 태양과의 거리를 말한다.
[4]
카시니가 보내온 자료를 통해 새롭게 정리되었다. 가스행성이므로 위도에 따라 시간차가 난다.
[5]
이 정도면 도시에서도 볼수 있는 수준이다.
[6]
이외에 오황(五黃)이라고도 한다.
[7]
토성 말고 다른 행성들을 지구와 비교해 보더라도 크기에 비해 중력은 그리 세지 않다. 목성(질량 318배, 중력 2.528G), 천왕성(질량 14배, 중력 0.886G), 해왕성(질량 17배, 중력 1.14G)이다. 물론 원래 밀도를 결정하는 구성물질 배합이 같다고 가정하면 단순 구모양 자연천체의 중력은 원래 지름 자체에서만 비례한다. 중력 자체가 질량 중심 거리 제곱에 반비례하니까 3제곱으로 원료가 많은들 단순 정비례밖에 안 되는 것이다.
[8]
그 전까진 크기치고 약한 자기장을 가지고 있고, 동질량으로 비교하면 지구보다 약하다는게 정설처럼 전해지고 있었다.
[9]
물은 극성을 띄므로 자기장의 영향을 받을 수 밖에 없는데, 수분을 제외한 인체의 나머지 부분은 대부분 무극성이므로 매우 강한 자기장에 신체가 노출된다면 말 그대로 모든 물이 뽑혀 나가며 찢겨 죽을 수도 있다.
[10]
당연한거 아닌가? 라고 생각될 수 있겠지만 지구는 자전축과 자기축이 일치하지 않는다. 즉 자북극과 진북극이 다르다. 딱 북극점에 도착해서 나침반을 올려놓으면 빙글빙글 도는게 아니라 다른곳을 가리킨다는 말이다. 지자기역전 현상 등으로 인해 끊임없이 변화하는 것이 자기축이며 이는 유의미한 자기권을 가진 다른 행성들도 매한가지인 것으로 판단된다는게 지금까지의 학설.
[11]
카이퍼 벨트 등에서 유입되는 먼지가 이를 유발한다.
[12]
K형 주계열성 V1400 센타우리(
J1407)의
외계 행성으로 추정 질량이 목성의 14~26배이다. 통과법으로 발견.
[13]
윌리엄 허셜은
천왕성도 발견했으나 "
조지 왕의 별"이라고 이름을 붙이는 등
그리스 신화를 살린 작명에 관심이 없었다.
[14]
미마스와 이아페투스(직경 1472km) 두 위성 모두 작품 속의 데스스타(직경 120km)보다 크다.
[15]
목성의 위성 유로파에서도 바다가 있다는 증거가 포착되었다. 자세한 내용은
유로파 문서로.
[16]
초속으로 치면 500m/s. 참고로 지구에서 부는 바람이 고작(?) 시속 수십km(초속 5~50m/s)가 빠른 편이며, 50m/s가 넘기는 바람을 재난급
태풍으로 보는데 이를 환산해도 시속 180km다. 토성의 1/10을 간신히 미치는 수준. 또 태풍이 한 번 회전하는 데 약 6일이 걸리는 대적반에 비해, 이쪽은 한번 회전하는 데 몇 시간이면 충분하다.
[17]
한글 위백의 값은 이보다 10배 큰데, 영문 위백에는 관련 내용이 없고, 신화 위키 등 여러 자료에는 최대 풍속이 적도에서 초속 500m/s란 이야기가 있어 10배 정도 뻥튀기된 무출처 자료로 판단하고 10배 적게 적는다.(대백반 폭풍의 풍속이 (추정 초속) 500m/s란 자료는 여러 군데에 있다.
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#)
[18]
1829년 10월 15일 ~ 1907년 11월 22일.
미국의
천문학자로 화성의 위성인
포보스와
데이모스를 발견한 사람이다.
[19]
상층부 대기의 온도는 토성 내부에 비하면 굉장히 낮은 편이다.
[20]
지구의
번개에서 나오는 전파와 유사하다고 한다.
[21]
캐스터가 차마 목성일 것이라고는 생각을 못한 것인지 그냥 달이라고 하고 넘어갔다.