2부 행성과 달
7장 태양계 (Solar system)
7-4. 다른 행성들도 지구와 같은 물질로 이루어져 있을까.
분광기 관찰과 탐사선 조사 결과 목성형 행성(목성 토성 천왕성 해왕성)은 주로 수소나 헬륨과 같은 가벼운 가스로 이루어져 있는 것으로 나타났다. 반면 금성 지구 화성의 토양을 분석한 결과 지구형 행성은 대부분 무거운 물체, 즉 철 실리콘 마그네슘 황 니켈 등으로 구성되어 있다.
이 같은 구성물질은 온도에 따라 기체 액체 고체처럼 다른 형태를 유지하게 돼 행성의 특징에도 중요한 변수가 된다. 수소와 헬륨은 온도가 매우 낮거나 압력이 매우 높지 않으면 가스 모양이 된다. 이들 양극단의 중간에는 물, 탄산가스, 메탄, 암모니아 등의 물질이 있지만 낮은 온도에서는 얼음 상태가 된다.
지구형 행성(수성 금성 지구 화성)의 대기에서는 수소와 헬륨이 발견되지 않는다. 금성 지구 화성의 대기는 수소나 헬륨보다 원자의 무게가 무거운 산소 탄산가스 질소 등으로 구성돼 있다. 왜 수소와 질소가 없는지 알려면 이들 행성의 온도가 미치는 영향에 주목해야 한다. 이들은 모두 비교적 태양에 가깝기 때문에 온도가 높다. 예를 들어 수성은 대낮에 600K(327℃)에 달한다. 화성은 또 한여름에 300(27℃)까지 올라간다. 반면 양지바른 목성 구름의 상층은 150K(-123℃), 해왕성은 63K(-210℃)이다.
가스의 온도는 가스분자의 움직이는 속도와 밀접한 상관관계를 갖는다. 온도가 높을수록, 같은 온도라면 질량이 가벼울수록 원자와 분자는 빠르게 움직이게 된다. 지구형 행성의 대기는 온도가 높아 상대적으로 중력이 낮다. 따라서 빠르고 가벼운 수소나 헬륨은 탈출해 상대적으로 무거운 산소, 질소, 탄산가스, 수증기 등이 남게 된다. 반면 4개의 목성형 행성은 온도가 낮고 중력이 크기 때문에 수소와 헬륨마저 잡아둘 수 있다.
그림 7-4-1. 목성형 행성
위 사진은 1979년 보이저호가 목성을 지나 구름층 위를 촬영한 것이다. 목성은 대부분 무게가 낮은 수소와 헬륨으로 구성되어 있으며 그 밀도는 1330kg/m3에 불과하다. 수소와 헬륨은 무색이고 사진의 색은 다른 물질에 의한 것이다.
그림 7-4-2. 지구형 행성
위 사진은 1976년 화성을 방문했던 바이킹 우주선이 촬영한 바위투성이 화성 표면이다. 화성은 대부분 철, 실리콘, 마그네슘, 유황과 같은 무거운 물질로 이뤄지며 밀도는 3950kg/m3에 이른다. 빨간색은 화성의 원래 색이다. 아래쪽 흰 부분은 얼음으로 뒤덮인 화성의 극관이며 위쪽의 검은 원은 엄청나게 큰 화산 분화구이지만 현재는 활동하지 않는다.
- 이 문장은 W.J. Kaufmann III & R. Freedman이 쓴 “Universe” (5판, Freeman Company, 1999년) 의 내용을 요약한 것입니다. 그 외 , 인터넷 검색으로 일부 내용이나 사진 자료등을 추가했습니다.
- **이 책이 출간된 후 20년간 많은 과학적 발전이 있었기 때문에 일부 내용은 바뀌었을 수 있습니다.