목성

목성은 태양계의 거인으로, 수소와 헬륨으로 이루어진 거대한 공 모양의 행성이며 다른 모든 행성을 다 합쳐도 여유 있게 그 안에 들어갈 만큼 크다. 반지름이 약 69,900km로 지구보다 열한 배나 넓으며, 질량은 지구의 318배로 나머지 모든 행성을 합친 것보다 두 배 이상 무겁다. 목성에는 발을 디딜 고체 표면이 전혀 없다. 줄무늬 구름을 뚫고 내려가면 기체는 그저 점점 뜨거워지고 밀도가 높아지다가 결국 뜨겁고 전기를 전도하는 액체 금속처럼 행동하기 시작하며, 그 아래로는 주변 수소와 뒤섞여 흐릿해진 무거운 물질로 이루어진 확산된 핵으로 이어진다.

이토록 거대한 덩치임에도 목성은 우리가 아는 가장 빠르게 자전하는 행성이다. 하루가 열 시간도 채 안 되는데, 이 격렬한 자전이 적도를 바깥으로 부풀려서 뒷마당 망원경으로 보아도 이 거대한 행성이 계란처럼 살짝 찌그러진 모습을 하고 있다는 것을 알 수 있다.

날씨로 이루어진 세계

목성에는 지각도, 대륙도, 물로 된 바다도 없다. 오직 약 90%가 수소이고 10%가 헬륨이며 암모니아와 메탄, 수증기가 미량 섞여 있는 깊고 격렬한 대기가 있을 뿐이다. 크림색과 녹슨 듯한 색이 어우러진 익숙한 모습은 서로 번갈아 나타나는 제트류의 패턴이다. 밝은 색의 '대(zone)'는 상승하는 기체이고 어두운 색의 '띠(belt)'는 하강하는 기체로, 시속 수백 킬로미터의 속도로 서로를 스치듯 지나간다. 이들이 서로 어긋나며 마찰하는 곳에서는 몇 년씩 지속될 수 있는 폭풍과 소용돌이가 생겨난다.

2016년부터 목성 주위를 돌고 있는 NASA의 주노 궤도선은 이 바람들이 표면의 얇은 층에 그치지 않는다는 사실을 밝혀냈다. 이 바람은 대기 내부로 약 3,000km까지 파고든 뒤에야 그 요동치는 대기가 마침내 아래의 전기 전도성 유체에 자리를 내준다. 주노는 또한 각 극 주위에 기하학적인 다각형 모양으로 배열된 사이클론 무리도 발견했다. 남극 주위에는 오각형, 북극 주위에는 팔각형 모양의 폭풍들이 자리하고 있는데, 이는 지구 어디에서도 유사한 예를 찾을 수 없는 형태의 기상 현상이다.

대적점

목성의 대표적 특징은 대적점으로, 매우 거대한 고기압성 폭풍이며 한 세기가 넘도록 망원경 관측이 끊이지 않고 이어져 왔다. 이와 비슷한 반점이 1660년대에도 기록된 바 있지만, 최근 연구에 따르면 그 초기의 폭풍은 이후 사라진 별개의 폭풍이었을 가능성이 있다고 한다. 대적점은 지구의 저기압 시스템과 반대 방향으로 회전하는 반시계 방향 폭풍(고기압)으로, 가장자리를 도는 바람의 속도는 시속 400km를 넘으며 주노의 측정에 따르면 최대 시속 약 680km에 이른다. 주노의 관측 장비는 대적점의 뿌리가 대기 속으로 약 300km까지 이어져 있다는 것을 보여 주었는데, 이는 지구의 어떤 폭풍보다도 훨씬 깊은 깊이다.

대적점은 또한 줄어들고 있다. 한 세기 전만 해도 지구 세 개를 나란히 삼킬 만큼 넓었지만, 오늘날에는 지구 하나 폭에 조금 못 미치는 크기로 줄어들었고 모양도 더 원형에 가까워졌다. 바다도 육지도 없이 에너지를 끌어올 곳이 없는 이 폭풍이 왜 이렇게 오랫동안 존속해 왔는지, 그리고 왜 지금 줄어들고 있는지는 여전히 이 행성의 미해결 질문 중 하나로 남아 있다.

거대한 자기 괴물

목성 깊숙한 곳에서는 수소가 어찌나 강하게 압축되는지 전기를 전도하는 금속성 액체로 변한다. 행성의 빠른 자전에 의해 휘저어지는 이 층은 거대한 다이나모로 작용해 태양계 모든 행성 중 가장 강력한 자기장을 만들어 내는데, 그 세기는 지구의 약 스무 배에 달하며 태양 방향으로 수백만 킬로미터에 걸쳐 뻗어 있을 만큼 광대하다. 만약 눈에 보이는 형태로 빛난다면 목성의 자기권은 우리 하늘의 보름달보다도 커 보일 것이다.

이 자기장은 치명적인 방사선대를 가두어 두며 극지방에서 지구의 오로라보다 수백 배나 강력한 오로라를 일으킨다. 또한 화산 활동이 활발한 위성 이오와도 결합하는데, 이오는 하전된 황과 산소로 이루어진 도넛 모양의 물질을 계 안으로 공급하며 목성 상층 대기에 영구적인 오로라 발자국을 밝힌다.

위성으로 이루어진 축소판 태양계

목성은 현재 최소 95개의 알려진 위성을 거느리고 있으며, 관측 기술이 발전해 갈수록 더 작은 외곽 포획 위성들이 계속 발견되면서 그 수는 계속 늘고 있다. 그중에서도 네 개는 단연 돋보인다. 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토, 즉 갈릴레오 갈릴레이가 1610년 1월 자신의 망원경으로 발견한 갈릴레이 위성들이다. 이 위성들이 목성 주위를 오가는 모습을 관찰한 것이 갈릴레이에게 하늘의 모든 것이 지구를 도는 것은 아니라는 최초의 직접적인 증거를 안겨 주었다.

이 네 위성은 각각 그 자체로 하나의 세계다. 이오는 태양계에서 화산 활동이 가장 활발한 천체이고, 유로파는 얼음 아래 소금기 있는 바다를 숨기고 있는데 그 물의 양은 지구의 모든 바다를 합친 것보다 많을 수도 있다. 가니메데는 태양계에서 가장 큰 위성으로 행성인 수성보다도 크며, 자체 자기장을 가진 유일한 위성이다. 그리고 어둡고 상처투성이인 칼리스토는 우리가 아는 가장 오래된 표면 중 하나를 간직하고 있다. 목성은 또한 희미한 먼지 고리도 두르고 있는데, 이는 1979년 보이저에 의해 발견되었으며 안쪽 위성들에서 떨어져 나온 파편들로 채워지고 있다.

방문의 역사

목성은 우주선이 도달한 최초의 외행성이다. NASA의 파이어니어 10호가 1973년, 파이어니어 11호가 1974년에 근접비행하며 이 행성의 강렬한 방사선과 유체적 성질을 확인했다. 이어 1979년 쌍둥이 보이저 탐사선이 단 한 쌍의 근접비행으로 이오의 화산과 유로파의 얼음 껍질, 고리 시스템을 발견했다. 갈릴레오는 1995년 최초의 목성 궤도선이 되어 구름 속으로 탐사선을 직접 떨어뜨리고 8년에 걸쳐 위성들을 연구했다.

주노는 2016년 7월 4일 도착하여 방사선대 아래로 뛰어들어 행성의 내부와 중력, 자기장을 탐사하도록 설계된 루프 형태의 극궤도에 진입했다. 이후 임무는 연장되어 갈릴레이 위성들을 가까이서 조사하고 있다. 다음 장은 이미 시작되었다. 2023년 발사된 유럽우주국(ESA)의 주스 탐사선은 목성의 바다를 품은 얼음 위성들에 초점을 맞추기 위해 향하고 있으며, 2024년 발사된 NASA의 유로파 클리퍼도 함께하고 있다.

목성을 찾는 방법

목성은 맨눈으로 찾기 가장 쉬운 천체 중 하나다. 눈부시고 안정적인 크림빛 흰 점으로, 모든 별보다 밝게 빛나며 대개 달과 금성에게만 밀린다. 목성은 약 13개월마다 충에 이르는데, 이때 가장 밝고 지구와 가장 가까워지며 해가 질 때 떠올라 밤새도록 빛난다. 평범한 쌍안경으로도 목성 옆에 늘어선 네 개의 갈릴레이 위성을 볼 수 있는데, 그 배열은 밤마다 눈에 띄게 달라진다. 소형 망원경을 쓰면 어두운 구름 띠와, 목성이 우리 쪽을 향할 때는 대적점 자체까지 볼 수 있다.