토성의 위성 찾아보기

토성은 수십 개의 위성을 가지고 있다. 이 위성들은 대부분 얼음 덩어리로 이루어져 있고, 일부는 암석도 섞여 있다. 토성의 위성들을 보면 상대적으로 커다란 위성은 처음생긴 충돌구덩이가 그대로 보존되어져 있지 않았다. 즉 어떠한 내부 열원으로 표면이 변했다는 것을 추측할 수 있다. 하지만 상대적으로 작은 위성은 충돌구덩이가 그대로 보존 되어 있었다. 따라서 천문학자들은 토성의 위성이 몇 개의 큰 천체가 깨어져 생성된 것이라 추측하고 있다.

 

토성에는 태양계에서 두 번째로 커다란 위성인 타이탄(Titan)을 가지고 있다. 타이탄은 크기 약 5150km, 질량 약 1.37×1023으로, 태양계 위성 중 목성의 가니메데 다음으로 큰 위성이다. 타이탄은 표면 중력이 작음에도 불구하고 온도가 낮아(약 -180°C) 짙은 대기를 가지고 있었고, 1944년 천문학자 카이퍼(Gerard Peter Kuiper)는 타이탄의 대기에 메탄이 포함되어 있다는 것을 발견했다. 타이탄의 대기는 대부분 질소로 이루어져 있으며, 메탄과 아르곤, 그리고 미량의 수소분자, 일산화탄소 등이 존재 한다. 타이탄이 발견된 후 카시니는 1671년부터 1684년 사이에 이아페투스(Iapetus), 테티스(Tethys), 디오네(Dione) 등 몇몇 토성의 위성들을 발견해 토성 연구에 큰 공을 세웠다. 카시니가 발견한 위성들은 목성의 가장 작은 위성 유로파보다 훨씬 작은 것들이었다. 이 가운데 이아페투스의 지름은 약 1440km이고 가장 작은 테티스는 약 1060km에 이르렀다. 이아페투스는 특이한 표면을 가지고 있다. 토성의 다른 위성보다 약 10~15배 이상 밝은 이아페투스의 땅은 온통 밝은 색이 아니고 밝은 곳은 눈처럼 희고 어두운 쪽은 숯을 연상할 정도로 어둡다고 알려져 있다. 보이저 1호는 이아페투스의 두 면 가운데 밝은 쪽은 얼음으로 덮여 있고 어두운 쪽은 먼지들로 이루어졌다는 것을 밝혀냈다. 디오네의 지름은 약 1120km이며 토성에서 약 37만 7000km위치에 자리 잡고 있는데 약 2.7일 주기로 토성을 한 바퀴 돈다. 19세기말에는 토성의 위성이 아홉 개 정도라고 알고 있었다. 아홉 번째 포에베(Phoebe)는 1898년 미국 천문학자 피커링에 의해 발견됐다. 이 포에베는 토성의 다른 위성과 정반대 방향으로 회전해 천문학자들이 주의 깊게 관찰 있다. 포에베는 토성의 위성 가운데 가장 멀리 떨어져 있어 토성으로부터의 평균거리가 약 1천3백만km나 되며, 토성을 공전하는 데는 약 550일이 걸린다. 토성의 위성에는 분화구가 많은 것이 특징이며, 이중 미마스는 자신의 크기에 비하여 큰 분화구를 가지고 있어 집중을 받고 있다. 이 분화구는 미마스 면적의 4분의 1정도를 차지한다.

 

토성의 대기에는 목성과 마찬가지로 띠가 존재하는데, 목성보다 희미하고 적도면에서는 상대적으로 두껍다. 하지만 상대적으로 목성에 비해 소용돌이가 적고, 가끔 커다란 소용돌이가 나타나지만 목성의 대적반에 비해 아주 작다. 토성 대기의 구성성분 또한 목성과 비슷하다. 지금까지 메탄, 암모니아, 에탄, 헬륨, 수소분자 등이 검출되었고, 수소분자가 가장 풍부하다고 한다. 그리고 온도가 낮아 구름들이 낮은 고도에 위치하여 목성에 비하여 색이 뚜렷하지 않다. 온도 토성의 표면(구름의 윗부분)의 온도는 약 -176°C로 아주 낮다. 그리고 토성 또한 목성처럼 태양으로부터 받는 에너지의 양보다 더 많은 에너지를 발산한다. 하지만 목성과 같이 중력수축에 의한 에너지로는 설명이 부족하다. 따라서 천문학자들은 그 에너지의 원천을 헬륨강우(Helium rain)에 두고 있다. 즉 다른 목성형 행성들에 비하여 대기 상층부에 헬륨의 적은 것으로 설명하는 것인데, 온도가 낮은 토성에서는 헬륨들이 아래로 하강하면서 액체수소 속을 지나갈 때 그 마찰에 의하여 에너지가 발생한다는 것이다. 내부구조 토성은 목성에 이어 태양계에서 2번째로 큰 행성이지만 태양계 안에서 가장 밀도가 낮은 약 687kg/m3이다. 이는 물의 밀도 보다 낮은 수치이며, 때문에 ‘만약 토성을 물에 넣을 수 있다면 물에 뜬다.’고 설명되는 경우가 많다. 토성은 겉보기에도 납작하게 보이며 편평도는 0.108이다. 이것은 토성의 빠른 자전과 유동체의 성질 때문이다. 다른 기체행성도 편평하긴 하나 토성만큼은 아니다. 이러한 토성의 내부는 목성과 매우 유사하다. 가장 내부에 얼음과 핵으로 이루어졌다고 여겨지는 핵이 존재할 것이고, 그 위로 액체 금속수소가 있다.

 

그 바깥에는 비균질이란 층이 있는데 이는 헬륨이 작은 물방울형태로 존재하고, 이들이 하강하면서 에너지가 발생하는 것으로 알려져 있다. 그 위로는 수소분자들의 층이 있다고 알려져 있다. 궤도 토성은 태양으로부터 약 14억km 떨어져 공전을 하고 있다. 이를 약 9.65km/s의 속도로 천천히 공전을 한다. 궤도의 이심률은 0.054이며, 이에 따라 태양과 가까울 때는 약 13억5천만km 까지 다가오고 멀리 떨어질 때는 약 15억km까지 멀어진다. 토성의 자전축은 기울어져 있는데 기울어져서 공전을 하면 지구처럼 계절이 생기고, 지구에서 봤을 때 대략 30년을 주기로 고리의 모습이 바뀌게 된다, 고리의 평면이 태양과 일치할 때 우리의 시각에서는 토성의 고리가 보이지 않는다. 이것은 한 주기에 두 번 즉 약 15년에 한 번씩 일어나는 현상이다.