위성

태양계 위성

위성(衛星)은 행성 따위의 둘레를 도는 천체를 말한다. 자연위성이라고도 한다. 사람이 만든 위성은 인공위성이라고 한다. 태양계에는 240개의 위성이 있는 것으로 알려져 있으며, 이 가운데 행성을 도는 것이 166개, 왜행성을 도는 것이 6개, 그밖의 태양계 소천체를 도는 것이 수십개가 있다. 다른 별의 행성에도 위성이 있을 것으로 추측된다.(외계 위성)

목성형 행성들은 모두 복수의 위성들을 거느리고 있으며, 그 가운데는 행성인 수성과도 견줄만큼 큰 천체도 있다. 반면 지구형 행성들은 위성을 상대적으로 조금 가지고 있는데, 심지어 위성을 갖지 않은 행성도 있다. 왜행성 가운데 세레스는 위성이 없으나, 명왕성은 카론을 포함하여 5개, 에리스는 1개, 하우메아는 2개, 그리고 마케마케는 1개의 위성을 가지고 있는 것으로 알려졌다.

상세

태양계에서는 수성과 금성을 제외한 모든 행성들에 위성이 있다. 2021년 9월 현재, 태양계 8개 행성에서 확인된 공식적인 위성의 총 갯수는 205개이다. 구체적으로, 토성이 82개로 가장 많고, 목성 79개, 천왕성 27개, 해왕성 14개, 화성 2개 및 지구 1개이다. 그 중, 지름이 3,000km가 넘는 대형 위성은 6개로 가니메데(목성) 5,262km, 타이탄(토성) 5,151km, 칼리스토(목성) 4,821km, 이오(목성) 3,643km, 달(지구) 3,476km, 유로파(목성) 3,122km 순이다. 지구의 달이 위성의 크기로는 5위이나, 모행성 대비 지름비는 최대의 위성으로 무려 27%에 이른다.

과거 천문학자들은 행성의 범주에 포함시킬 수 있는 수준의 천체만이 위성을 가질 수 있다고 생각했는데, 왜행성에도 위성이 있는 것으로 확인이 되었고, 심지어는 이다나 칼리오페처럼, 소행성도 위성을 가지는 것으로 확인되어 그냥 어지간한 천체에 주변 조건만 된다면 위성이 있는 것으로 판단하고 있다. 2013년 6월까지 소행성과 카이퍼 벨트 천체에서 확인된 위성은 약 230개. 태양계의 다른 행성에도 위성이 많이 있는고로 모두 합치면 약 400개의 위성이 확인되었다. 이 중 지름 1~2km 이하의 작은 위성들도 많은데 소행성의 위성 중에는 지름 45미터 짜리도 2003년에 관측되었다.

더불어 태양계 밖에서 발견된 외계 행성들도 아마 위성을 가지고 있을 것으로 추정을 하고 있으나 아직까지는 발견된 사례가 없다. 사실 외계 행성도 이제 겨우 찾아내고 있고, 찾기도 굉장히 어려운 까닭에 그보다 규모가 작은 위성을 찾는 것은 현실적으로 어렵다. 실제 망원경만으로 우주를 관측하던 시절만 해도 태양계에 알려진 위성은 손에 꼽을 정도로 적었다. 망원경 기술이 발달하고 탐사선을 쏘기 시작하면서 상당히 많은 위성이 있다는 것이 알려진 상황이니 아마 조금 더 기술이 발달하면 외계행성의 위성도 발견할 수 있을지 모르는 상황이다. 그런데 현지 시각으로 2017년 7월 28일, 최초의 외계위성이 발견되었을지도 모른다는 내셔널 지오그래픽발 기사가 떴다. 아직 확실치는 않지만 천문학자들은 2017년 10월에 허블 우주 망원경을 통해 자세히 관측해 볼 예정이라고 한다. 만약 외계위성을 발견한 것이 맞다고 확정된다면, 위성이 어떻게 형성되는 지에 대한 이해가 수월해질 것으로 예상된다. 참고로 저 위성은 골디락스 존 안에 위치하고 있다.

이런 위성들이 어떻게 생겨난 것인지는 아직까지도 학자들이 연구하고 있다. 까놓고 말해서 모른다. 몇 가지 설들을 살펴보면 다음과 같다. 태양계에서 행성이 형성되는 과정에서 같이 형성됐다는 설, 천체들이 서로 충돌하다가 생긴 파편들이 뭉쳐서 새로운 천체를 형성한 후에 행성의 중력에 사로잡혔다는 설, 우연히 지나가던 소천체가 중력에 잡혔다는 설 등이 있다. 아직 검증되지는 않았으나 불규칙 위성의 경우는 중력에 사로잡혔다는 설이 가장 신빙성 있는 주장으로 받아들이고 있다.[5] 대부분의 천문학자들은 엄청난 수의 위성을 거느린 목성이나 토성의 위성은 지나가던 소천체가 중력에 사로잡혀서 머물게 된 것들이 대부분이라는 추측을 한다. 한편 지구의 위성인 달은 월석을 조사해 본 결과 지구의 충돌 파편이라는 주장이 널리 받아들여 지고 있다.

태양계에서는 현재 토성이 가장 많은 82개의 위성을 거느리고 있으며, 목성이 79개로 그 뒤를 잇고 있다(2019년에 토성에서 20개의 위성이 무더기로 발견되었다). 목성의 대표적인 위성에는 이오, 유로파, 가니메데 등이 있고 토성의 대표적인 위성에는 타이탄이 있다.(타이탄은 질소를 주성분으로 하는 대기가 있어 생명체 탐사의 대상으로 주목받고 있다.)하지만 이 위성들이 모두 온전하게 목성과 토성의 위성인지는 논란이 많다. 몇몇 학자들은 궤도를 시뮬레이션하면서 일부 발견된 위성들은 얼마 정도 공전을 하다보면 궤도가 일그러져서 다른 곳으로 날아갈 것이라고 주장하는 경우도 있다.

위성은 모행성 주변을 공전하고 있고 이로 인한 조석작용으로 가까이 있는 위성 대부분의 공전주기와 자전주기가 거의 일치한다. 즉, 동주기 자전을 한다. 간단히 말해서 행성에서 보면 항상 한 면만 볼 수 있다는 의미이다. 다만 위성이 불규칙하게 공전하거나 상대적으로 중력의 영향을 덜 받는 외곽의 위성들은 공전주기와 자전주기가 일치하지 않는다.

그리고 극히 일부 위성들의 경우 자전주기와 자전축이 불규칙적인데 이는 근처의 큰 위성이 주변에 영향을 끼치는 경우로 토성의 위성 타이탄에 가까이 접근하는 히페리온이나 명왕성의 작은 네 위성들이 그 예다.

위성의 위성을 손자위성이라고 하는데 존재할 확률은 극히 낮다고 한다. 일단 중력이 훨씬 강한 모성과 행성이 방해요소로 작용하기 때문에 아주 우연하게 딱 맞아떨어지는 경우가 아니라면 궤도를 이탈해서 먼 곳으로 가버린다거나, 행성 또는 모위성과 충돌할 것으로 판단하고 있다. 실제 NASA에서도 다른 행성의 위성에 추진력없이 공전할 수 있도록 인공위성을 띄우는 것은 상당히 어려운 일이라고 밝힌 바가 있다. 취소된 아폴로 미션들 중에는 해리슨 슈미트가 17호 이후 계획이 다 잘려나갈 마당에 "달에 정지궤도 위성을 몇 개 띄우고 뒷면 탐사를 해보자!"고 우겼다가 병신 같지만 멋있어 내지는 멋있지만 병신 같아라는 쓴소리만 들었다. 대신 토성의 위성 레아는 독자적인 고리를 가지고 있으며 고리는 위성 주위를 돌기 때문에 손자위성과 비슷한 것이라 볼 수 있다. 그리고 어거지로도 손자 인공위성을 달에 띄운 사례도 있긴 있다. 지구 자기장을 연구하기 위해 2007년 발사한 THEMIS 미션의 5개 위성 중 2개를 달 자기장 연구한다고 ARTEMIS 미션으로 분리시킨 예가 대표적. 이 때 두 탐사선은 달 궤도 너머를 넘나들고 지구 - 달 L1 라그랑주점을 공전하는 수년에 걸친 무지막지한 기동을 통해 성공적으로 타원궤도 형성에 성공했다.

보통 사람들의 경우 위성이라고 하면 대부분 달과 같은 위성을 떠올리는 편인데 사실 목성 주변을 도는 이오의 경우에는 목성의 중력으로 인해 화산과 용암 천지이고, 목성의 가니메데와 토성의 타이탄은 대기까지 지니고 있다. 그리고 목성의 칼리스토나 유로파의 경우 얼음이 있어서 어쩌면 생명체가 있을지도 모른다는 가설이 꾸준히 제기되는 위성이다. 게다가 가니메데, 타이탄의 경우에는 행성인 수성보다도 크다.

궤도의 특징

대부분의 위성은 조석 작용의 영향으로 늘 같은 면이 행성을 향하고 있다. 토성 주위를 불규칙하게 도는 히페리온이나, 행성의 가장 바깥 궤도를 도는 토성의 포에베 등이 예외에 속한다.

위성이 또다른 위성을 가지고 있을 가능성은 낮다. 모행성의 조석작용으로 인해 그 궤도가 불안정하기 때문이다. 하지만 위성의 라그랑주 점에 다른 동반 위성이 있는 경우는 있다.

최근 243 이다의 위성 다크틸이 발견되면서 소행성에도 위성이 있는 것이 확인되었다. 90 안티오페처럼 크기가 비슷한 두 소행성으로 이뤄진 이중 소행성도 있다. 87 실비아에는 두 개의 위성이 있다.

참고자료

• 〈위성〉, 《나무위키》
• 〈위성〉, 《위키백과》
• 〈위성〉, 《천문학백과》

같이 보기

• 인공위성
• 태양계
• 달
• 위성도시

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