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태양계 행성들의 내부 구조를 어떻게 알 수 있을까?

직접적인 탐사가 가능한 경우

01. 직접 땅을 파본다. 지구에서만 가능 단지 지각의 아주 적은 부분(수km)만 알 수 있음
02. 직접 분출된 내부 물질(화산, 용암 등)이용, 지구에서만 가능
03. 지진파 이용. 내부로 지진파를 쏘아 통과된 지진파의 시간과 주파수의 변동 등을 연구해 추측.
04. 지진파인 p파와 s파 연구를 통해 내부의 물질과 구조를 파알, 지구와 달과 화성에서 적용. 화성은 미항공우주국(NASA) 패스파인더의 탐사에 의해 연구.

직접적인 탐사가 가능하지 않은 경우

지구와 달과 화성은 인간이나 인간이 보낸 로봇에 의한 지진파 연구를 통해 내부 구조를 알 수 있었지만, 다른 행성들의 경우 직접적인 탐사가 이루어지지 않았거나 탐사가 불가능하기 때문에 다른 방법을 통해 유추할 수 밖에 없다.
먼저 행성들의 질량, 압력, 밀도, 자기장 등을 조사한 후 이론적인 구성 물질과 내부구조를 역추적함으로써 이에 대해 짐작할 수 있다.
최근에는 각 행성들에 위성을 보내어 행성들의 보다 정확한 데이터를 수집하고 있으나 천왕성과 해왕성의 경우 너무 멀리 있어 데이터의 수집이 어렵다.

태양계 행성들의 내부 구조 이미지
수성

지구처럼 밀도가 큰 철 핵 주위를 밀도가 낮은 암석물질 맨틀이 둘러싸고 있다.
핵은 수성 반지름의 3/4(지구의 경우 핵은 지구 반지름의 1/2)이며 철이 풍부한 핵을 갖고 있지만 자전 속도는 지구에 비해 매우 느려 액체 상태의 철핵이 회전하여 자기장이 생긴다 하여도 그 세기가 극히 미약하다.

금성

자기장의 세기가 지구 자기장의 세기의 1만분의 1밖에 안되어 액체 상태의 철의 함량이 매우 적다.
느린 자전속도를 가지며 약한 자기장이 그 원인일 가능성이 높다.

지구

내핵 : 지구 내부의 핵 중에서 고체부분이며 지표 아래 약 5,120km에서 중심 부까지의 부분을 말한다.
외핵 : 지구 중심에서 1,2000~3,5000km사이에 액체 상태로 분포한다.
맨틀 : 지구의 고체부분 중 표층을 제외한 부분을 말한다.
지각 : 지구의 표면을 둘러싸고 있는 부분으로 토양과 암석으로 이루어져 있다.

화성

미항공우주국(NASA)의 무인화성탐사선 패스파인더가 보내온 신호 분석결과 내부구조가 지구처럼 지각, 맨틀, 중심핵으로 구성되어 있어 한때 화성에 물이 있었으며 생명체가 존재했을 가능성이 매우 높다.

목성

구성물질은 수소가 76%, 헬륨이 22%이며 태양의 구성분과 유사하다. 이는 태양의 일부분이 떨어져 나와 행성이 된 것이라는 이론을 뒷받침한다.
밀도는 지구의 1/4이며 표면은 액체수소의 바다, 중심부에는 초고압에 의해 고체로 된 금속수소의 핵이 존재한다. 만일 목성이 컸다면 강한 압력에 의해 중심부의 온도가 몇 천만도에 이르러 태양처럼 핵융합이 가능해진다.
태양계에 태양이 2개 있을 뻔한 일이다.

토성

토성의 내부는 목성과 비슷하다. 중심에는 암석이나 얼음으로 된 핵, 그 다음에는 액체상태의 수소와 헬륨, 가장 바깥쪽에는 두꺼운 대기가 있다.

천왕성

내부구조는 아직 연구중이다. 수소와 헬륨(15%), 물과 메탄과 암모니아의 얼음(60%), 그리고 나머지 규산염 암석과 철(25%)로 구성되어 있다.

해왕성

내부구조는 천왕성과 비슷하나, 다만 그 중심핵이 천왕성보다 조금 크다.

달의 형성 이론

거대 충돌이론 - The giant impact hypothesis

현재까지 달의 형성 이론 중 가장 많은 지지를 받는 이론이다. 우주공간에서 온 커다란 천체가 원시 지구와 충돌하여 맨틀의 고체물질이 우주공간으로 흩뿌려져 나와 지구 주위를 돌다가 마침내 하나로 뭉쳐 달이 되었다고 한다.

충돌

어느 천체가 지구 주변궤도로 들어와 결국 지구와 충돌한다.

달의 형성 이론

1. 초기원반 : 충돌한 천체 파편들이 뿔뿔이 흩어지며 지구의 중력에 의해 초기 원반을 형성한다.
2. 중력적 안정 : 초기 원반이 중력적 안정을 찾아가며 나선팔 형태의 원반을 형성한다.
3. 달의 씨앗 : 충돌한 파편들이 지구주위를 회전하다 서로 부딪치며 녹아 좀 더 큰 파편들을 형성한다.
4. 씨앗의 성장 : 보다 무겁고 큰 파편을 중심으로 계속 모이면서 원시 달의 모습을 띄기 시작한다.
5. 원시 달의 탄생 : 부딪치는 파편이 감소함에 따가 점점 식어가고 궤도가 중력적으로 안정을 찾게 된다. 이 때 표면 위로 떨어진 파편들의 달의 운석구를 만들게 된다.

달의 주요특징

궤도 이심률 : 0.0549
공전항성주기 : 27.321582 지구일 (27일 7시간 43.1분)
공전회합주기 : 29.530588 지구일 (29일 12시간 44.0분)
반지름 : 1,737.103km (0.273 지구반지름)
질량 : 7,3477 X 1022kg (0.0123 지구질량)
자전주기 : 27.321582 지구일

달의 뒷면

달은 자전주기와 공전주기가 같기 때문에 우리는 늘 달의 앞모습 밖에 볼 수 없다.

달의 앞면, 뒷면

월식

달이 지구의 그림자에 들어오는 현상
태양-지구-달의 위치로 배열될 때 일어나며, 이때의 달은 보름달이다. 달이 지구의 본 그림자에 가려지게 될 때 관측되는 개기 월식과 달이 지구의 본 그림자와 반 그림자 사이에 위치할 때 관측되는 부분 월식으로 나뉜다.

월식

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