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태양계

태양계는 태양과 그 주위를 공전하는 천체들이 중력으로 묶여 있는 시스템입니다. 태양계는 약 46억 년 전 거대한 성간 분자 구름이 중력적으로 붕괴하면서 형성되었습니다. 태양계 질량의 대부분(99.86%)은 태양에 있으며, 나머지 질량의 대부분은 목성에 집중되어 있습니다. 태양 주위의 행성계에는 8개의 행성이 있습니다. 내행성 4개(수성, 금성, 지구, 화성)는 주로 암석과 금속으로 이루어진 지구형 행성입니다. 외행성의 4개 거대 행성은 지구형 행성보다 훨씬 크고 질량도 더 큽니다. 가장 큰 두 행성인 목성과 토성은 주로 수소와 헬륨으로 이루어진 가스 행성이며, 그 다음으로 큰 두 행성인 천왕성과 해왕성은 물, 암모니아, 메탄과 같이 수소와 헬륨보다 녹는점이 높은 휘발성 물질로 이루어진 얼음 행성입니다. 여덟 행성 모두 지구 궤도면(황도면)에 가까운 거의 원형 궤도를 가지고 있습니다.

태양 주위를 공전하는 작은 왜행성의 수는 정확히 알려지지 않았으며, 수많은 작은 태양계 천체들도 존재합니다. 6개의 주요 행성과 가장 큰 것으로 추정되는 6개의 왜행성, 그리고 많은 작은 천체들은 지구의 달을 본떠 "위성"이라고 불리는 자연 위성을 거느리고 있습니다. 목성의 위성 가니메데와 토성의 위성 타이탄은 가장 작은 지구형 행성인 수성보다 크지만 질량은 더 작으며, 목성의 위성 칼리스토는 수성과 거의 비슷한 크기입니다. 거대 행성들과 일부 작은 천체들은 얼음, 먼지, 그리고 작은 위성들로 이루어진 행성 고리로 둘러싸여 있습니다. 화성과 목성 궤도 사이에 있는 소행성대는 암석, 금속, 얼음으로 이루어진 천체들로 구성되어 있습니다. 해왕성 궤도 너머에는 주로 얼음과 암석으로 이루어진 천체들이 모여 있는 카이퍼 벨트와 산란 원반이 있습니다.

태양계 외곽에는 분리된 천체라고 불리는 소행성들이 존재합니다. 이러한 천체의 수가 얼마나 될지에 대해서는 상당한 논쟁이 있습니다. 이들 중 일부는 자체 중력으로 인해 구형을 이루었기 때문에 왜소행성으로 분류됩니다. 천문학자들은 일반적으로 소행성 세레스, 카이퍼 벨트 천체인 플루토, 오르쿠스, 하우메아, 쿠아오르, 마케마케, 그리고 산란원반 천체인 공공, 에리스, 세드나를 포함하여 약 9개의 천체를 왜소행성으로 인정하고 있습니다. 혜성, 센타우루스, 행성간 먼지 구름을 포함한 다양한 소행성들은 태양계 영역 사이를 자유롭게 이동합니다.

태양에서 바깥쪽으로 흐르는 대전 입자 흐름인 태양풍은 성간 공간에 태양권이라고 알려진 거품 모양의 행성간 물질 영역을 만듭니다. 태양권계면은 태양풍의 압력과 성간 물질의 반대 압력이 같아지는 지점이며, 산란원반의 가장자리까지 뻗어 있습니다. 장주기 혜성의 근원으로 여겨지는 오르트 구름은 태양권보다 약 1,000배 더 먼 거리에 존재할 가능성이 있습니다. 태양계는 우리 은하 중심에서 26,000광년 떨어진 오리온자리 나선팔에 위치해 있으며, 이 영역에는 밤하늘에서 볼 수 있는 대부분의 별들이 있습니다. 가장 가까운 별들은 소위 '국부 거품' 내에 있으며, 가장 가까운 별인 프록시마 센타우리는 4.2441광년 떨어져 있습니다.

구조와 구성

'태양'을 뜻하는 'solar'라는 단어는 라틴어 'sol'(태양)에서 유래했습니다. 태양은 태양계에서 가장 강력한 중력적 구성원이며, 태양계의 행성들은 태양 주위를 서로 고립된 중력적 결합 궤도를 따라 공전함으로써 비교적 안정적이고 느리게 진화하는 상태를 유지합니다.

궤도

태양 주위를 공전하는 행성과 다른 큰 천체들은 지구 궤도면, 즉 황도면 근처에 위치합니다. 혜성과 같은 작은 얼음 천체들은 이 황도면에 대해 훨씬 더 큰 각도로 공전하는 경우가 많습니다. 태양계 행성 대부분은 자체적으로 위성이라고 불리는 자연 위성을 거느리고 있습니다. 가장 큰 자연 위성들 중 상당수는 한쪽 면이 항상 모행성을 향하고 있는 동기 자전을 합니다. 네 개의 거대 행성은 행성 주위를 일제히 공전하는 미세한 입자들로 이루어진 얇은 띠 모양의 고리를 가지고 있습니다.

태양계 형성의 결과로 행성과 대부분의 다른 천체들은 태양의 자전 방향과 같은 방향으로 태양 주위를 공전합니다. 즉, 지구의 북극에서 볼 때 시계 반대 방향입니다. 핼리 혜성과 같은 예외도 있습니다. 대부분의 큰 위성들은 행성의 자전 방향과 같은 순행 방향으로 행성 주위를 공전합니다. 해왕성의 위성 트리톤은 가장 큰 위성으로 반대 방향인 역행 방향으로 공전합니다. 대부분의 큰 천체들은 자전축을 중심으로 공전 궤도에 대해 순행 방향으로 회전하지만, 금성은 역행 자전합니다.

케플러의 행성 운동 법칙은 태양 주위를 도는 천체의 궤도를 대략적으로 설명합니다. 이 법칙에 따르면 각 천체는 태양을 한 초점으로 하는 타원 궤도를 따라 움직이며, 이로 인해 천체와 태양 사이의 거리가 1년 동안 변합니다. 천체가 태양에 가장 가까이 접근하는 지점을 근일점, 가장 멀리 떨어져 있는 지점을 원일점이라고 합니다. (9-6) 행성의 궤도는 거의 원형이지만, 많은 혜성, 소행성, 카이퍼 벨트 천체는 매우 타원형인 궤도를 따라 움직입니다. 케플러의 법칙은 궤도를 도는 천체에 대한 태양의 중력의 영향만을 설명하며, 다른 천체들 사이의 중력은 고려하지 않습니다. 인간의 시간 척도에서는 이러한 추가적인 섭동을 수치 모델을 사용하여 설명할 수 있지만, (9-6) 행성계는 수십억 년에 걸쳐 무질서하게 변화할 수 있습니다.

태양계의 각운동량은 태양계를 구성하는 모든 천체의 공전 및 자전 운동량의 총합을 나타내는 척도입니다. 태양은 질량 면에서 태양계의 대부분을 차지하지만, 전체 각운동량에서 차지하는 비중은 약 2%에 불과합니다. 목성을 중심으로 한 행성들은 질량, 궤도, 태양과의 거리 등의 요인들이 복합적으로 작용하여 나머지 대부분의 각운동량을 차지하며, 혜성 또한 상당한 기여를 할 것으로 추정됩니다.

구성

태양계의 관측된 영역들은 크게 태양, 암석으로 이루어진 소행성대로 둘러싸인 네 개의 작은 내행성, 그리고 얼음으로 이루어진 천체들로 이루어진 카이퍼 벨트로 둘러싸인 네 개의 거대 행성으로 구성됩니다. 천문학자들은 때때로 이러한 구조를 비공식적으로 여러 영역으로 나누기도 합니다. 내태양계는 네 개의 지구형 행성과 소행성대를 포함합니다. 외태양계는 소행성대 너머에 있으며, 네 개의 거대 행성을 포함합니다. 카이퍼 벨트가 발견된 이후, 태양계의 가장 바깥쪽 영역은 해왕성 너머의 천체들로 이루어진 별개의 영역으로 간주됩니다.

태양계의 중심 구성 요소는 태양입니다. 태양은 질량이 작은 별로, 태양계 전체 질량의 99.86%를 차지하며 중력적으로 태양계를 지배합니다. 태양 주위를 공전하는 네 개의 가장 큰 천체인 거대 행성들은 나머지 질량의 99%를 차지하며, 목성과 토성이 합쳐서 90% 이상을 차지합니다. 태양계의 나머지 천체들(지구형 행성 네 개, 왜행성, 위성, 소행성, 혜성 등)은 모두 합쳐도 태양계 전체 질량의 0.002% 미만을 차지합니다.

태양은 목성과 토성처럼 약 98%가 수소와 헬륨으로 이루어져 있습니다. 태양계에는 초기 태양의 열과 빛의 압력으로 인해 구성 성분의 구배가 존재합니다. 태양에 가까운 천체들은 열과 빛의 압력에 더 많은 영향을 받아 녹는점이 높은 원소들로 구성되어 있습니다. 태양에서 멀리 떨어진 천체들은 녹는점이 낮은 물질들로 주로 이루어져 있습니다. 이러한 휘발성 물질들이 뭉쳐질 수 있는 태양계의 경계를 서리선이라고 하며, 이 서리선은 지구와 태양 사이 거리의 약 5배 지점에 있습니다.

태양계 안쪽의 천체들은 대부분 규산염, 철, 니켈과 같은 암석 물질로 이루어져 있습니다. 목성과 토성은 수소, 헬륨, 네온처럼 녹는점이 매우 낮고 증기압이 높은 기체가 주를 이룹니다. 물, 메탄, 암모니아, 황화수소, 이산화탄소와 같은 얼음 물질은 녹는점이 수백 켈빈에 달합니다. 이러한 얼음 물질들은 태양계 곳곳에서 얼음, 액체, 기체 형태로 발견됩니다. 얼음 물질은 거대 행성의 위성 대부분과 천왕성, 해왕성(이른바 "얼음 거성")의 대부분, 그리고 해왕성 궤도 너머에 있는 수많은 작은 천체들을 구성합니다. 기체와 얼음을 통틀어 휘발성 물질이라고 합니다.