천체와 우주 3. 태양계
행성나들이
태양계의구조 태양계 태양과 8개행성의행성계, 많은수의왜행성, 위성및태양의중력하에궤도를도는물체로구성 행성과위성 내행성계 수성, 금성, 지구, 화성 외행성계 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 소행성 소행성대 카이퍼대 혜성 Heliosphere
태양 (Sun, ) 태양의특성 각크기 31.6 32.7 ( 약 0.5 ) 거리 1.496 x 10 8 km 지름 140 만 km ( 지구의 109 배 ) 질량 2 x 10 30 kg ( 지구의 333,000 배 ) 평균밀도 1.4 g/cm 3 표면중력 274 m/s 3 (28 g), 탈출속력 617 km/s 표면온도 5778 K, 중심온도 1,600 만도 ( 추정 ) 밝기 3.8 x 10 26 W 겉보기등급 -26.74, 절대등급 4.83 자전주기 25.05 일 ( 적도 ), 34.4 일 ( 극지 ) 태양의주기 밝기, 흑점의수등이약 11 년의주기로반복된다. 태양의수명 약 100억년 ( 현재나이 46억년 ) 수소 헬륨핵융합이에너지원 ( 주계열별 ) 지난 30 년간태양의특성측정자료. 약 11 년의주기를보인다. 개기일식이일어나는동안태양의코로나를맨눈으로도관찰할수있다. ( 해와달의각크기가거의같다.)
태양의구조
태양풍 (Solar Wind) 태양풍 태양 대기의 상층부(코로나)로부터 품어져 나오는 전하를 띤 입자들(플라즈마)의 흐름으로, 주로 전자와 양성자로 구성, 운동에너지는 대개 1.5 ~ 10 kev (속력 400 km/s, 온도 백만도) 사이로 일부는 태양의 중력(탈출속력 618 km/s)을 벗어날 수 있다. 입자의 수는 1.3 x 1036 개/s, 질량 손실 2~3 x 10-14 M (태양질량)/년 40 ~ 60억 톤/시간 극광 (aurora), 혜성의 플라즈마 꼬리
태양 신화 이집트 Re 중국 열 개의 태양 궁수 예(羿)의 이야기 수메르 - Shamash 아즈텍 - Tonatiuh 한국 연오랑 세오녀
행성과왜행성
내행성과외행성 내행성 수성 (Mercury), 금성 (Venus), 지구 (Earth), 화성 (Mars) 지구형행성 (terrestrial planet) 암석과금속이주성분 금성, 지구, 화성에는대기가존재 외행성 목성 (Jupiter), 토성 (Venus), 천왕성 (Uranus), 해왕성 (Neptune) 기체거성 (gas giant) 수소와헬륨이주성분 수소와헬륨으로된대기 모두행성고리를가지고있다.
행성의특성 적도지름 이름 km / 지구 질량 / 지구 평균밀도 Oblate dness 표면중력 / 지구 자전주기 공전면에대한자전축기울기 겉보기밝기 수성 2,439.7 0.3284 0.0553 5.43 0 0.378 58.646d 0.0-2.1 to +1.3 금성 6,051.8 0.9489 0.8150 5.24 0 0.894 243.02d 177.3-4.5 to -3.9 지구 6,378.1 1 1 5.515 0.0034 1 23h56m04s 23.45 - 화성 3,397 0.5326 0.1074 0 3.94 0.006 0.379 24h37m22s 25.19-2.5 to +1.6 목성 71,492 11.194 317.87 1.33 0.065 2.54 9h50m 3.12-2.6 to -1.7 토성 60,268 941 9.41 95.185 070 0.70 0098 0.098 107 1.07 10h39.9m9m 26.73-0.5 05 to +0.1 +01 천왕성 25,559 4.0 14.537 1.30 0.022 0.8 17h14m 97.86 +5.7 to +5.9 해왕성 24,764 3.9 17.151 1.76 0.017 1.2 16h7m 29.56 +7.8 to +8.0
태양계행성의크기와거리 천체 실제지름 태양으로부터의 실제거리 모형지름 태양으로부터의 모형거리 태양 (Sun) 1,392,500 km - 139 mm - 수성 (Mercury) 4,880 km 57.9 million km 0.5 mm 6 m 금성 (Venus) 12,100 km 108.2 million km 1.2 mm 11 m 지구 (Earth) 12,760 km 149.6 million km 1.3 mm 15 m 화성 (Mars) 6,790 km 227.9 million km 0.7 mm 23 m 목성 (Jupiter) 143,000 km 778.3 million km 14.3 mm 78 m 토성 (Saturn) 120,000 km 1,427 million km 12.0 mm 143 m 천왕성 (Uranus) 52,000 km 2,870 million km 5.2 mm 287 m 해왕성 (Neptune) 48,400 km 4,497 million km 4.8 mm 450 m
행성의 궤도
수성 (Mercury, ) 수성의공전과자전 공전주기 88 일 ( 회합주기 116 일 ) 빠르게움직이는탓에신들의전령인 Mercury 라는이름을붙인것으로추측 태양의조석력에의해수성의자전과공전은 3:2 공명을유지 수성의표면 달과매우흡사 대기는태양풍에쓸려나가서거의없음 큰밤낮의온도차 적도근방에서 100 K (-173, 밤 ) ~ 700 K (427, 낮 ) MESSENGER 호가찍은사진들을합성하여만든수성의사진 수성의태양통과사진중앙아래까만점이수성. 왼쪽의큰점은흑점.
금성 (Venus, ) 망원경으로본금성의모습. 두꺼운구름으로덮혀금성의표면이보이지않는다. Magellan 호레이더이미징 (1990-1994) 으로본금성의표면
금성의표면 대기의주성분은이산화탄소, 소량의질소 높은대기압 ( 지구의 92 배 ) 이산화탄소가풍부한대기, 두꺼운이산화황구름에의한온실효과로 462 이상의높은대기온도를유지 금성탐사 USSR Venera 1964A (1964) 16 (1983), Vega 1,2 (1984) USA Mariner 5 (1967), 10 (1973), Pioneer Venus 1, 2 (1978), Magellan (1989) ESA Venus Express (2005) 금성의상변화 Venera 13 착륙지점 2004 년금성의태양통과사진
지구 (Earth, ) 지구의특성 평균반지름 6,371km 질량 6x10 24 kg 평균밀도 5.5 g/cm 3 표면중력 9.8 m/s 2, 탈출속력 11.2 km/s 지구의표면 대기주성분 질소, 산소 평균온도 15, 압력 101 kpa 아폴로 17 호가찍은지구사진
지구의자전 자전 자전주기 1 일 지구의자전축은공전면에대하여 23.5 기울어져있으며, 이로인해 1 년주기의 4 계절변화가생긴다. 지구의자전은느려지고있다 - 2.2 초 /10 만년 지표면에사는사람이지구의자전을알수있는가? Corilois 힘, Foucault 의진자 자전에의한지표면의속력 지구자전주기의변화
지구자전축의세차운동 지구자전축의세차운동 (precession) 26,000 년주기현재북극의방향은북극성이자만, 13,000 년후의북극의방향은 Vega 자리가된다. 춘분점 ( 지구적도면과공전면이만나는점 ) 이변하게되어 1 항성년과 1 태양년의차이를준다. 장동 (nutation, 지구자전축의요동 ) 주원인 - 달의궤도세차와연관 18.6 년주기
지구의구조
지구는 거대한 자석 지자기의 기원 전도유체의 운동이 코리올리 힘에 의해 나선운동으로 되면서 자기장을 형성하는 것을 보여주는 개념도 지구 자기장은 태양풍이 지표면에 오는 것을 막아 준다. 지구의 자기장을 따라 극지의 대기로 들어온 태양풍은 극광 현상을 일으킨다. 지구 자기장의 방향은 자전축의 방향과 일치 하지 않으며, 시간에 따라 변하고 있다. 1837년-2007년 사이 지자기 북극의 이동 경로
화성 (Mars, ) 화성의대기이산화탄소 95%, 질소 3%, 아르곤 1.6% 허블우주망원경으로찍은화성의모습. 표면의산화철먼지에의해붉은색으로보인다. 가운데어두운부분은현무암대지인 Syrtis Major로산화철먼지가없어서검게보인다. 위에서내려다본올림푸스산높이 27 km 로태양계에서가장높은산
목성 (Jupiter, ) Rings of Jupiter, discovered by Voyager 1, in 1979 Galilei 의위성. 목성에서가까운순서로 Io ( 왼쪽사진에는보이지않음 ), Europa, Ganymede, Callisto
토성 (Saturn, ) Saturn, as seen by Cassini 토성과그위성들 토성의고리는적도위 6,630 ~ 120,700 km 위에있고, 평균두께 20 m, 주성분은얼음 (93%) 이다. Saturn ring, as seen by Voyager 2 토성의폭풍 ( 하얀부분 ) 토성남극에서보이는극광
천왕성 (Uranus) Voyager 2 image of Uranus HST image of Uranus showing cloud band, rings, and moons
해왕성 (Neptune) Neptune & Triton
왜행성과위성 왜행성 (dwarf planet) 크기 자체중력에의해구형화 명왕성 (Pluto) 1930 년, Clyde Tombaugh 가발견 논쟁: Kuiper Belt, 소행성, 2006 년행성에서왜행성 (dwarf planet) 으로강등 Neptune and its moon Charon Eris 와그위성 Dysnomia ( 허블우주망원경 )
달 (Moon, ) 달의앞면 ( 지구에서보이는면 ) 달의뒷면 어두운바다가거의보이지않는다. 달의공전과자전 지구의조석력에의해달의자전주기는공전주기와같다. 지구에서는항상보던반구를본다. 달의기원 Proto-Earth와화성크기의물체 (Theia) 의충돌설이유력
달의 기조력, 기조력 신화 기조력 (tidal force) 위치에 따른 중력크기의 차이 하루 2회의 밀물과 썰물 달의 기조력과 해의 기조력 비교 상아(嫦娥, 상아(嫦娥 Chang Chang e)와 e)와 예(羿, 예(羿 Yi)
소행성대 (Asteroid Belt) 소행성 (Asteroid) 주로 내열성 암석과 금속에 약간의 얼음으 로 구성된 태양계의 작은 물체 소행성대 화성과 목성 사이에 (2.3 ~ 3.3 AU) 위치한 소행성의 집단 태양계의 형성 시 목성의 중력간섭으로 행성이 되지 못한 잔해로 생각된다. 생각된다 소행성의 크기는 지름 수백 km에서 미세 먼 지 수준까지 존재. 지름 1 km 이상의 것만 수 만에서 수백 만개 사이로 추정 소행성대 전체의 질량은 지구의 1/1000 이하 희박한 분포 우주선과 부딪힐 확률은 적음 Jupiter Trojan 목성(행성)과 궤도를 공유하는 소행성 집단 행성의 앞, 뒤 60 지점을 유지 지름 1 km 이상이 백만 개 정도로 추정 Hildas 목성(행성)과 3:2 궤도공명에 있는 소행성 집단 Image of the asteroid belt (white), (white) the Jupiter Trojans (green), (green) the Hildas (orange), and near-earth asteroids.
케레스 (Ceres) 가장큰소행성, 지름약 1,000 km 내태양계의유일한왜행성 ( 자체중력에의해구형화 ) 허블망원경으로찍은케레스 소행성들의크기와모양비교 4 Vesta, Ceres, 달의크기비교 Asteroid en:951 Gaspra Obtained by the Galileo spacecraft
카이퍼대 (Kuiper Belt) 카이퍼대 태양에서부터거리 30AU ~ 55AU 지역, 작은물체 (KBO) 들의띠 태양계형성의잔해 카이퍼대의발견 1943 년, Kenneth Edgeworth, 1951 년, Gerard Kuiper가태양계의진화과정에서행성계밖에행성이되지못한잔해인작은물체들이많이있어서원반형태의띠가생길것으로제안 1992년, David Jewitt와 Jane Luu가카이퍼대물체를확인 Kuiper upe belt 의알려진물체들 카이퍼대의구성 메탄, 암모니아, 물의얼음 알려진물체 (KBO) 1000 개이상 크기 100km이상의물체가 100,000개이상있을것으로추정 왜행성 Pluto, Haumea, Makemake 해왕성의위성 Triton 도 Captured KBO 로여겨짐
혜성 (comet) 혜성 얼음이포함된작은태양계물체 태양근처를지날때대기와꼬리가관측된다. 주기는수년에서수백만년까지분포 혜성의기원 짧은주기 카이퍼대또는분산원반 긴주기 - Oort 구름 혜성의구조 - 핵, 대기 (coma), 꼬리 Hale-Bopp 혜성 (1997 년, Croatia 의 Pazin) 대기, 먼지꼬리와이온꼬리를볼수있다.
Halley 혜성 1986년 3월 8일에 찍은 Halley 혜성 주기적인 혜성, Halley, Borrelly, Ikeya-Zhang의 궤도 Halley 혜성 주기: 크기: 질량: 밀도: 76 년 15 x 8 x 8 km^3 3 x 1014 kg 0.6 g/cm^3 Halley 혜성 관측에 대한 기록들 BC 164, Babylon Adoration of the Magi 1066년
Tempel 1 혜성 Tempel 1 혜성, 2005 년 5 월 3 일 Deep Impact 가얻은합성이미지 1867년 4월 3일, Wilhelm Tempel이처음발견 목성계열주기혜성 주기 5.52년 크기 7.6 x 4.9 km^2 질량 7.9 x 10^13 kg 밀도 0.62 g/cm^3 Tempel 1 혜성과 Deep Impact호의 Impactor와정면충돌장면
태양계의형성과진화 태양계의형성과정 46 억년전거대분자구름 (molecular cloud) 에서중력수축에의해태양과행성형성 분자구름의구성은수소, 헬륨, 그리고소량의중원소로구성 ( 중원소는이전세대의별에서생성된잔해 ) 초기각운동량의보존때문에원판 ( 지름 ~200AU) 형성 원판의중심부는 protostar 형성, 5 천만년정도후주계열별로진행 원판의주변부는 proto-planet potopa 형성, 응축선 (frost line) 안쪽은금속위주의지구형행성형성 ( 금속의양이적어서큰행성을만들수없다.), 바깥쪽은끓는점이낮은분자위주로기체거성형성 태양의탄생에서죽음까지
우리 은하에서 태양계의 위치 우리 은하 막대나선은하 지름 약 10만 광년 약 2,000억 개의 별 태양계 오리온-백조 팔에 위치 은하 중심으로부터 25,000 ~ 28,000 광년 사이 은하 중심에 대해 약 220 km/s의 속력으로 공전, 공전 공전주기 225 ~ 250만년 사이 태양계의 공전면은 은하면에 약 60 기울어 있다. 태양계는 우리 은하에서 한적한(?) 지역에 위치 생명의 탄생과 진화에 유리? 우주에서의 지구의 주소