태양계는 태양과 그 주위를 도는 8개 행성, 수많은 위성, 소행성, 혜성으로 이루어진 시스템입니다. 태양은 태양계 질량의 99.86퍼센트를 차지하며, 행성과 그 밖의 모든 천체는 나머지 0.14퍼센트에 불과합니다. 하지만 그 작은 부분에 놀라운 다양성이 있습니다. 수성의 낮은 섭씨 430도이고 밤은 영하 180도이며, 금성은 온실 효과로 표면 온도가 470도입니다. 화성은 얼어붙은 사막이고, 목성은 거대한 가스 덩어리이며, 토성은 아름다운 고리를 가졌습니다. 천왕성은 옆으로 누워 공전하고, 해왕성은 시속 2000킬로미터의 바람이 붑니다. 태양계는 약 46억 년 전 거대한 성운이 붕괴하며 형성되었습니다. 회전하는 원반에서 태양이 중심에 태어나고, 원반의 먼지가 뭉쳐 행성이 되었습니다. 안쪽은 뜨거워 바위와 금속만 남았고, 바깥쪽은 차가워 얼음과 가스가 뭉칠 수 있었습니다. 그래서 내행성은 작고 단단하며, 외행성은 크고 가스로 이루어졌습니다. 태양계 탐사는 20세기 후반 가속화되었습니다. 보이저 호는 목성, 토성, 천왕성, 해왕성을 지나 현재 성간 공간을 향하고 있습니다. 큐리오시티는 화성을 탐사하며, 주노는 목성을 관측하고, 카시니는 토성을 13년간 연구했습니다. 이 글에서는 태양계가 어떻게 형성되었는지, 각 행성의 특징, 소행성과 혜성, 그리고 태양계 너머를 상세히 알아보겠습니다.
태양계의 형성
태양계는 성운 가설로 설명됩니다. 약 46억 년 전 우리 은하의 나선팔 어딘가에 거대한 분자 구름이 있었습니다. 주로 수소와 헬륨으로 이루어졌으며, 약간의 무거운 원소도 포함했습니다. 이 무거운 원소는 이전 세대 별들이 만들어 초신성으로 뿌린 것입니다. 근처 초신성의 충격파가 구름을 압축했습니다. 밀도가 높아진 부분이 중력으로 붕괴하기 시작했고, 각운동량 보존으로 회전 속도가 빨라지며 원반 구조를 형성했습니다. 중심부는 질량과 압력이 집중되어 원시 태양이 되었습니다. 온도가 올라가 약 1000만 도에 도달하자 수소 핵융합이 시작되며 태양이 빛나기 시작했습니다. 이것이 약 45억 6000만 년 전입니다. 주변 원반에서는 미세한 먼지 입자들이 충돌하며 뭉쳤습니다. 정전기력과 중력으로 서로 달라붙어 점점 큰 덩어리를 만들었습니다. 밀리미터 크기의 입자가 센티미터, 미터 크기로 자라고, 수백만 년에 걸쳐 킬로미터 크기의 미행성이 되었습니다. 미행성들은 충돌과 합병을 반복하며 행성으로 성장했습니다. 충돌은 격렬했습니다. 지구와 화성 크기의 천체 테이아가 충돌하여 지구 일부가 떨어져 나가 달이 되었습니다. 이 거대 충돌 가설은 달의 암석이 지구와 비슷한 이유를 설명합니다. 원반의 온도 분포가 행성의 구성을 결정했습니다. 태양에 가까운 안쪽은 온도가 높아 얼음이 증발하고 바위와 금속만 남았습니다. 수성, 금성, 지구, 화성은 암석 행성이 되었습니다. 서리선 너머 바깥쪽은 온도가 낮아 물, 메탄, 암모니아가 얼음으로 존재할 수 있었습니다. 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 먼저 암석과 얼음 핵을 만들고, 그 중력으로 주변의 수소와 헬륨 가스를 끌어모아 거대 가스 행성이 되었습니다. 목성과 토성은 질량이 커서 수소와 헬륨이 주성분이고, 천왕성과 해왕성은 상대적으로 작아 얼음이 많습니다. 젊은 태양은 강한 항성풍을 뿜어 원반의 남은 가스와 먼지를 날려버렸습니다. 후기 중폭격기라 불리는 약 40억 년 전, 목성과 토성의 궤도 이동으로 소행성과 혜성이 안쪽으로 쏟아져 내행성들을 폭격했습니다. 달의 크레이터 대부분이 이때 만들어졌으며, 지구의 바다도 혜성이 가져온 물로 채워졌을 가능성이 있습니다.
행성의 특징
수성은 태양에서 가장 가까우며, 공전 주기가 88일입니다. 크기는 달보다 약간 크고, 대기가 거의 없어 운석 크레이터가 그대로 남아 있습니다. 낮에는 430도까지 올라가지만 밤에는 영하 180도로 떨어지는 극한 온도차를 보입니다. 메신저 탐사선은 극지방에 얼음이 있음을 발견했습니다. 금성은 크기와 질량이 지구와 비슷하여 쌍둥이 행성이라 불리지만, 환경은 정반대입니다. 대기압이 지구의 90배이며, 이산화탄소가 96퍼센트를 차지하여 극심한 온실 효과로 표면 온도가 470도입니다. 황산 구름이 덮고 있으며, 자전 방향이 다른 행성과 반대입니다. 과거에는 바다가 있었을 가능성이 있지만, 온실 효과가 폭주하여 증발했습니다. 지구는 태양계에서 유일하게 액체 물이 풍부하고 생명이 존재하는 행성입니다. 적절한 거리에 있어 온도가 물의 액체 상태를 유지하는 골디락스 존에 위치합니다. 대기는 질소 78퍼센트, 산소 21퍼센트이며, 자기장이 태양풍으로부터 보호합니다. 판 구조론이 작동하여 대륙이 이동하고 화산과 지진이 일어납니다. 화성은 지구의 절반 크기이며, 붉은 산화철 먼지로 덮여 있습니다. 얇은 대기는 이산화탄소가 주성분이며, 평균 온도는 영하 60도입니다. 올림푸스 화산은 태양계에서 가장 큰 화산으로 높이 25킬로미터이며, 밸리스 마리네리스는 길이 4000킬로미터의 협곡입니다. 극관에는 물 얼음과 드라이아이스가 있으며, 과거에는 물이 흘렀던 흔적이 있어 생명 가능성이 연구되고 있습니다. 목성은 태양계에서 가장 큰 행성으로, 다른 모든 행성을 합친 것보다 2.5배 무겁습니다. 주로 수소와 헬륨으로 이루어진 가스 행성이며, 표면이 없고 대기가 점점 짙어져 액체와 금속 수소로 변합니다. 대적점은 지구보다 큰 거대한 폭풍으로 수백 년간 지속되고 있습니다. 최소 79개의 위성이 있으며, 갈릴레오 위성인 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토가 유명합니다. 유로파는 얼음 껍질 아래 액체 바다가 있어 생명 가능성이 주목받습니다. 토성은 아름다운 고리로 유명합니다. 고리는 얼음과 암석 조각으로 이루어져 있으며, 두께는 수십 미터에 불과하지만 지름은 28만 킬로미터입니다. 토성 자체는 목성과 비슷한 가스 행성이지만 밀도가 낮아 물보다 가볍습니다. 타이탄은 대기가 있는 유일한 위성으로, 메탄 호수와 비가 있습니다. 엔셀라두스는 얼음 분출을 하며 지하 바다가 있습니다. 천왕성과 해왕성은 얼음 거성입니다. 수소와 헬륨보다 물, 메탄, 암모니아 얼음이 많습니다. 천왕성은 자전축이 98도 기울어져 옆으로 누워 공전하며, 푸른색은 메탄 때문입니다. 해왕성은 태양계에서 가장 강한 바람이 불며, 시속 2000킬로미터에 달합니다. 트리톤은 역행 공전하는 위성으로, 카이퍼 벨트에서 포획된 것으로 추정됩니다.
소천체와 태양계 너머
소행성대는 화성과 목성 사이에 있는 수백만 개의 암석 덩어리입니다. 행성이 되지 못한 잔해로, 목성의 중력이 방해하여 합쳐지지 못했습니다. 세레스는 가장 큰 소행성으로 지름 940킬로미터이며, 왜행성으로 분류됩니다. 일부 소행성은 지구 근처를 지나며, 충돌 위험이 있어 모니터링됩니다. 6600만 년 전 공룡을 멸종시킨 것도 소행성 충돌이었습니다. 혜성은 얼음, 먼지, 암석으로 이루어진 더러운 눈덩이입니다. 대부분은 태양계 외곽의 카이퍼 벨트나 오르트 구름에 있다가, 중력 섭동으로 안쪽으로 떨어집니다. 태양에 가까워지면 얼음이 증발하여 꼬리를 만듭니다. 먼지 꼬리는 태양 반대 방향으로, 이온 꼬리는 태양풍을 따라 뻗습니다. 핼리 혜성은 76년 주기로 돌아오며, 다음 방문은 2061년입니다. 카이퍼 벨트는 해왕성 너머 30~50AU 거리에 있는 얼음 천체들의 고리입니다. 명왕성이 가장 유명하며, 2006년까지 행성이었지만 왜행성으로 재분류되었습니다. 뉴호라이즌스 탐사선이 2015년 명왕성을 방문하여 하트 모양의 스푸트니크 평원과 얼음 산맥을 발견했습니다. 에리스, 마케마케, 하우메아도 카이퍼 벨트 천체입니다. 오르트 구름은 태양계 가장 바깥쪽을 구형으로 둘러싼 혜성 저장소로, 태양에서 1000~10만 AU 떨어져 있습니다. 직접 관측된 적은 없지만 장주기 혜성의 근원으로 추정됩니다. 태양권 경계는 태양풍이 성간 물질과 만나는 경계입니다. 보이저 1호는 2012년, 보이저 2호는 2018년 이 경계를 넘어 성간 공간에 진입했습니다. 인류가 만든 물체가 태양계를 벗어난 것입니다. 외계 행성 탐사가 활발합니다. 1995년 최초 발견 이후 현재까지 5000개 이상의 외계 행성이 확인되었습니다. 일부는 생명 가능 지역에 있으며, 케플러와 제임스 웹 우주 망원경이 대기를 분석하고 있습니다. 우리 태양계는 특별하지 않을 수 있습니다. 우주에는 수천억 개의 별이 있고, 그 대부분이 행성을 가질 것입니다. 우리는 평범한 별 주위의 평범한 행성에 살지만, 그 평범함 속에서 생명과 지성이 탄생했습니다.