안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
Q. 가스형 행성은 태양계가 형성 초기일때 어떤식으로 생성이 되며 크기가 큰것인가요?
태양계는 약 46억년 전 거대한 성운의 중력 붕괴로부터 시작되었으며 성운이 회전하며 납작한 원반모양으로 변하게 되었고 중심엔 태양이, 주변엔 행성들을 형성하였습니다. 가스형행성들은 먼저 핵을 형성하는데 태양에서 먼 바깥쪽 지역에서 온도가 낮아 얼ㅇ므, 암석, 먼지가 모이기 쉽게 되며 이러한 물질들이 뭉쳐서 덩어리를 형성하여 수십 지구정도의 질량의 핵을 형성하게 합니다. 이후 가스를 포획하는 단곌 거치는데 핵이 충분히 커지면 주변의 수소와 헬륨 같은 가벼운 기체를 강력한 중력으로 빠르게 끌어당기게 되고 수백만년에 걸쳐 거대한 가스층을 형성하게 합니다. 이러한 단계를 통해 태양에서 방출된 태양풍이 수백만년 후 성운의 가스를 날려버리기 때문이죠~
Q. 보이저 탐사선이 태양계 목성을 넘어서 어떤 행성이나 외행성을 발견햇나요?
보이저탐사선은 인류가 태양계 외곽을 탐사하기 위해 보낸 대표적인 무인 우주선으로서 목성을 넘어 다른 행성들을 직접 탐사했고 새로운 행성을 발견한것은 아니지만 외행성들의 여러 정보들을 보내주었습니다. 보이저 1,2호가 목성과 토성ㅇㄹ, 보이저2호가 천왕성과 해왕성을 탐사하였고 새로운 위성들(천왕성의 위성인 아리엘, 옴브리엘, 미란다, 해왕성의 트리톤 등)과 고리들을 발견하였고 대기 현상들을 발견하였습니다. 보이저 1호는 2012년, 보이저 2호는 2018년 각각 헬리오스피어를 벗어나 성간우주로 진입하였따고 알려져 있으며 현재도 지구와 약한 신호로 교신중이라고 합니다.
Q. 해왕성 대기의 대흑점이 무엇이며 왜 있는건가요?
대흑점은 해왕성 대기에서 관측된 거대한 어두운 폭풍으로 고기압성 소용돌이입니다. 목성의 대적점처럼 고기압의 시스템이고 지구 전체 면적과 비슷한 수준의 지름 약 13,000~15,000km 수준으로서 해왕성의 남반구 중위도지역에서 발견되었습니다. 빠른속도로 행성 주변을 서쪽으로 이동하며 수년안에 사라지기도 합니다. 대흑점은 고기압성 폭풍시스템으로 해왕성 대기의 일부가 고기압성 소용돌이를 형성하고 주변보다 기압이 높고 온도가 낮은 영역에 의해 생기는 것으로 알려져 있으며 대기의 빠른 흐름과 복잡한 기후로 인하여 나타나는 것으로 알려져 있습니다. 또한 메탄, 수소, 헬륨 등으로 구성된 해왕성 대기에서 온도차와 압력차에 의해서 어두운 폭풍이 형성된다고 알려져 있습니다.
Q. 토성과 해왕성의 자전 주기와 공전 주기는 어떻게 다른가요?
토성과 해왕성은 모두 가스형으로 분류되며 거대한 질량과 빠른 자전을 가지고 있죠. 토성은 자전주기가 약 10시간 33분이고 해왕성은 16시간 6분입니다. 토성이 더 빠르게 자전하며 하루가 더 짧죠. 자전 속도가 빠른 만큼 가스형 행성 특유의 적도 팽창이 나타나기도 합니다. 토성은 공전주기가 29.5년이며 해왕성은 165ㅇ년입니다. 해왕성은 태양에서 훨씬 멀리 위치하기에 공전 속도가 느리고 한 바퀴 도는 데 매우 긴 시간이 걸리게 됩니다. 토성의 공전주기도 길지만, 해왕성은 5배 이상 길게 되죠.
Q. 지구의 자기장은 한개인데 태양의 자기장은 여러개인 이유가 궁금합니다.
지구와 태양은 모두 자기장을 가지고 있지만, 그 성질과 형성 방식이 다릅니다. 지구의 자기장은 막대자석처럼 북극과 남극을 잇는 하나의 큰 자기장 구조를 가지고 있으며 이 자기장은 지구 내부의 액체 금속이 회전하며 만들어지는 전류로 인해 형성됩니다. 지구의 내부 구조는 안정적이기 때문에 자기장도 비교적 안정적이며 단순한형태 유지합니다. 하지만 태양의 자기장은 단일 쌍극자 구조가 아닌 매우 복잡한 다극서 구조를 가지게 되어 북극과 남극 뿐만 아니라 표면 곳곳에서 자기장이 생기고 사라지게 되기에 태양 내부와 표면의 구조가 지구보다 훨씬 역동적이기 때문에 발생하게 됩니다. 대류 운동이 활발하고 이에 따라 태양 내부의 플라즈마가 격렬하게 끓듯이 대류 운동알 하면서 강한 전류를 생성시키고 이 전류들이 여러 자기장을 만들어내게 합니다. 태양은 고체가 아니라 가스로 이루어져 있고 적도는 빠르게 극지방은 느리게 차등 회전을 하게 되고 이로 인해 자기장이 꼬이고 뒤틀리게 되는 복잡한 구조가 생기게 되는 거 ㅅ이지요. 태양 표면엔 흑점이라는 강한 자기장이 집중된 지역이 있으며 자기장이 솟구쳐 올라가거나 꼬여서 플레어나 코로나 질량 방출 같은 현상을 만들어주게 합니다. 태양은 약 11년을 주기로 자기장이 뒤바뀌는 태양 활동 주기를 겪게 되고 이 과정에서 자기장이 복잡하게 변화하게 되는 것이지요.