Albireo's Hack the Dot

2000년 01월 1일

목성은 소형 망원경에게도 흥미로운 대상이며, 4~6인치 이상의 고급 망원경으로는 미묘하나마 변화하는 세부 구조를 포착할 수도 있을 것입니다. 목성은 아마튜어에게 최고의 관측 조건을 제공하는 행성입니다 - 목성을 제외한 다른 모든 행성들 각각 최고로 보일 때의 시직경을 모두 합해도 목성의 그것에는 미치지 못할테니 말입니다.

목성 표면에서는 항상 무언가 일이 벌어지고 있습니다. 최근 대적반은 점차 어두워지면서 그 이름에 걸맞는 색깔을 띠고 있습니다. 독특한 연어 빛깔로 수년 전보다 한층 눈에 잘 띱니다 - 이를 본 아내는 그레이트 오트밀 스팟이라 명명하더군요. 최근 NEB (North Equatorial Belt) 는 급격히 두꺼워지면서 동시에 붉은 빛을 띠어가고 있습니다 - 좀더 회색빛을 띠는 SEB (South Equatorial Belt) 와는 묘한 대조를 이룹니다. North Temperate Belt 는 여전히 소실된 채로 남아 있습니다. 좀더 자세히 들어가기 전에 몇가지 기본적인 내용을 짚어 보겠습니다.

Windy Chaos
목성은 끈임없는 동서풍에 의해 찢겨지기도 하면서 언제나 변화하는 구름층으로 뒤덮힌 개스 행성입니다. 소형 망원경으로 보면 양극 방향으로 좀더 납작한 원반상에서, 가장자리는 다소 희미하고, 적어도 두 개 이상의 황갈색 ‘belt’ 와 그 사이를 가르는 밝은 ‘zone’ 들로 이루어져 있습니다. 좀더 오래 들여다보고 있으면 더욱 많은 belt 들이 눈에 들어오며, 중구경 이상급에서 좋은 시상이라면 순간 소용돌이나 매듭구조 (knot) 가 시야에 나타날 수도 있습니다.

목성의 자전은 매우 빨라서 10시간이 채 안됩니다. 20 여분간 관측하고 있으면 원반 한 가운데 자리하고 있던 구조가 10퍼센트 정도 이동했음을 알아차릴 수 있습니다. 자전은 천구의 동쪽에서 서쪽 방향이며, 바꿔 말하면 천체망원경의 추적을 멈추었을 때 목성이 시야에서 벗어나 천천히 흘러 가는 쪽과 같은 방향으로 자전합니다. 목성은 그 부위에 따라 자전 속도에 차이가 있는데 적도가 가장 빠릅니다. 위도 별로 다른 속도의 엄청난 바람이 불어 때론 한 구조가 다른 구조를 밀어내기도 합니다. 어떤 대기 구조물은 돌연 자전 속도를 높이거나 늦추기도 합니다만, 대개 수주나 수개월, 길어야 수년 내에 수명을 다하고 사라지게 됩니다. 심지어 340년 동안이나 관측되어왔던 대적반 (大赤斑, Great Red Spot) 조차도 지난 수십년에 걸쳐 서서히 사그라들고 있습니다.

이처럼 목성은 매우 독특하고 다이나믹한 형상을 보여 줍니다. 안시를 기반으로 했던 관측가들이 지난 150여년간 추적 관측하며 남긴 기록들을 토대로 목성을 보다 깊이 이해하게 되었습니다. 목성 대기의 밝은 부분은 대부분 암모니아 결정체로 이루어져 있고, 이것이 다른 분자들에 의해 오염되어 - 예컨대 암모니아 황수화물 (ammonium hydrosulfide) 등이 되므로서 오렌지나 갈색을 띠게 될 것으로 추측되어지고 있습니다. 푸르스름한 마킹은 목성의 짙은 구름층에 뚤린 구멍으로, 그 속을 통해 수소 및 헬륨으로 가득찬 ‘맑은’ 대기를 엿볼 수 있습니다 - 지구에서 맑은 하늘이 푸른 빛이듯 마찬가지로 목성에서도 빛의 산란에 의해 푸른 색깔을 띠게 됩니다.

Jovian Sights
목성의 대기에서 확연히 눈에 띠는 것은 NEB 와 SEB 입니다. 대적반은 SEB 와 South Tropical Zone 사이에 수박씨처럼 끼어 있습니다. 대적반이 SEB 속으로 파고 들어간 홈을 Red Spot Hollow 라고 부릅니다. 목성의 적도를 둘러싸고 있는 Equatorial Zone 에는 간혹 사선 방향의 줄무늬가 나타나 그 밝기가 변화해 갑니다. 회색빛의 얇은 Equatorial Band 는 드물게 눈에 띱니다. 각 Belt 와 Zone 을 휘젓는 불규칙한 모양새의 소용돌이나 매듭 구조, 폭풍들 따위는 몇가지 카테고리로 나누어 명명되었으며, 가장 흔한 것들을 정리해 보면 다음과 같습니다.

 
• Oval: 백색, 회색, 혹은 적색을 띠고 모양새는 대적반을 닮았으나 그보다는 작은 구조물입니다. Belt 와 Zone 상에 모두 나타날 수 있고, 특히 South Temperate Belt 상에서 자주 출몰하는 white oval 은 목성에서 가장 밝은 무늬로 관측되어지곤 합니다. 그 가운데 가장 오랫동안 지속되어 왔던 거대 white oval 은 BA 라 명명된 것으로, 2000년 무렵에 두 개의 소규모 oval 인 BE 와 FA 가 융합되면서 생성되었습니다. Red oval 도 간헐적으로 North Temperate Belt 근처에서 보고되는데 적도를 중심으로 대적반과 반대에 위치한 또하나의 소형 대적반처럼 보입니다. 이들은 모두 목성의 대기를 휘젓고 다니는 폭풍들입니다.
 
• White Spot: white oval 에 비해 더 작고 원형에 가깝습니다. 대략 갈릴레오 위성이 목성 표면에 드리우는 그림자의 크기 만합니다.
 
• Festoon: Belt 로부터 Zone 을 향하여 대각선 방향으로 뻗은 푸르스름한 기운의 얇은 줄무늬를 일컫습니다. Zone 을 통과하여 Belt 와 Belt 를 서로 잇기도 합니다.
 
• Rift: Belt 안에 나 있는 밝은 선들을 일컫습니다. 최근 NEB 속에서 빠른 속도로 자라나는 rift 들이 관측되고 있습니다.
 
• Bar/rod/barge: 특히 어두운 물질들로 이루어진 짧은 선들을 가리킵니다.
 
• Knot: Belt 안에서 울퉁불퉁하게, 때론 매듭 모양으로 두꺼워진 모양새를 말합니다.

Making Observations
안시관측에서 중요한 점은 오래, 많이 볼 수록 더 많은 것들이 눈에 들어온다는 것입니다. 이건 아이피스 속을 오래 들여다보면서 시상이 좋아지는 순간들을 더 많이 접하기 때문만은 아닙니다. 난해하고 순간 지나가 버리는 세부 구조들, 그것이 허상은 아닌지 확인하는데는 시간이 걸리기 마련입니다. 숙련된 관측자와 자신의 망원경으로 잘 보이지 않는다고 투덜거리는 일반 ‘관망가’ 와의 차이는 이처럼 관측에 투자하는 시간이라고 해도 과언이 아닙니다.

수일 밤동안 목성을 관측한 이후 스케치를 해 보십시오. 양극 방향의 길이가 적도의 92% 정도로 짧은, 납작한 타원형을 그린 다음 보이는 것들을 연필로 그려나갑니다. 가장 커다란 구조들을 대충 위치시킨 후, 세부를 표현해 나갑니다. 스케치를 하는 행위 자체가 좀더 집중케 하고 더 많은 것들이 보이도록 해 줍니다. 스케치 하기에 너무 많은 것들이 보인다면, 흥미있는 부분만을 집중적으로 그려도 좋겠습니다.

백여년 전, 아직 사진이 대중화되지 않았을 때 과학자들은 스케치에 많은 비중을 두어 훈련을 하였습니다. 극히 최근까지도 유독 행성 천문학 분야에 있어서만큼은 안시관측의 성능이 사진을 압도하였는데, 그 이유는 카메라의 경우 고배율의 시야 속에서 급격히 변화하는 대기에 의한 상의 왜곡에 시달릴 수 밖에 없었기 때문입니다.

The Great Webcam Takeover
마침내 안시관측은 웹캠 이미징이라는 만만찮은 적수를 맞닥들이게 되었습니다. 웸캠의 비디오 프레임은 시상을 ‘프리징’ 시킬 수 있을 만큼 충분히 빠르고 저렴하면서 가볍기까지 하여 행성 사진의 촬영에 적합합니다. 몇 분동안 촬영한 비디오의 수천 프레임으로부터 샤프한 이미지들을 (소프트웨어를 이용하여) 수백 장이나 선별해 내어 중첩시키므로서 이미지의 노이즈를 줄이고 콘트라스트를 높이면서 필름이 할 수 있는 그 이상의 보정을 가할 수 있습니다. 결국 고급 아이피스 한 개 값 정도만 투자하여 웹캠을 구입하므로서 중대형 천체 망원경과 포터블 컴퓨터를 보유한 사람이라면 누구나 세계적 수준의 행성 사진을 얻을 수 있게 되었습니다. ALPO (Association of Lunar and Planetary Observers) 나 BAA (British Astronomical Association) 의 웹사이트에는 상당한 수준의 목성 이미지들이 연일 게재되고 있습니다.

Transit Timings
지난 백여년 간 목성의 안시관측에 있어서 중심은 ‘transit timing’ 이었습니다. 목성 대기의 특정 구조가 자전하다가 원반의 정중선 (CM, central meridian) 을 지나치는 시간을 말하며, 이를 통해 그 구조의 경도 (latitude) 를 가늠할 수 있었습니다. 이 작업은 안시로도 충분하여, 누구나 5분 정도의 오차 내로 transit time 을 결정할 수 있고, 숙련자는 2분 내로 정밀도를 기할 수 있습니다. 현재 우리가 이해하고 있는 목성 대기의 역학은 수많은 아마튜어들이 transit timing 을 첨부하여 시행해 온 관측 기록에 도움받은 바가 큽니다.

그런데 이 분야에 있어서도 웹캠 이미징이 선호되어지고 있습니다. ALPO 의 목성 세션 코디네이터인 Richard Schmude Jr. 氏 는 목성 대기의 특정 구조를 기록하면서 여전히 안시로 transit timing 을 할 때도 있지만, 대부분 이미지 상에서 직접 경도를 얻는 방법을 많이 쓰게 되었다고 합니다. 다만 목성이 태양이나 지평선 상에 가깝게 위치할 때는 시상이 워낙 좋지 않아 사진을 찍기 어려우므로 이 경우에는 안시를 통한 transit timing 이 중요한 방법으로 남아있습니다. ALPO 목성 세션의 멤버인 John McAnally 氏 또한 안시 transit timing 의 중요성을 강조하면서, 카메라가 없다는 이유로 아마튜어 천문이 한계에 닫는 일은 있어서는 안될 것이라 하였습니다.

목성의 스케치나 이미징에 있어서 관측 당시의 정중선에 위치한 목성의 경도를 함께 기록해 넣는 것은 필수라 할 수 있습니다. 사실 그 어떤 고정된 지표도 갖고 있지 않은 개스 행성 상에서 ‘경도’ 를 논한다는 것이 억지스럽게 들리기도 합니다.

오래전부터 다소 임의로 목성의 자전 속도를 정의하고 이에 맞추어 특정 구조의 위치를 결정하는 방법이 사용되어져 왔습니다. 두가지 표준 자전 속도가 정의되어 있는데, Equatorial Zone 에 적용할 수 있는 System I 과 그 외의 지역에서 사용되는 System II 가 그것입니다. System I 의 자전 속도는 9시간 50분 30.003초, System II 는 그보다 5분 가량 더 긴 9시간 55분 40.632초로 결정하였습니다. 이와 같은 방법으로 특정 시간에 정중선을 통과하는 System I/II 각각의 경도를 정할 수 있으며, 각종 천문 소프트웨어나 천문력, 웹사이트 등지에서 그 값을 얻을 수 있습니다. 한편 대적반이 정중선을 통과하는 시간 (UT, 세계표준시) 과 관련된 정보 또한 얻을 수 있습니다.

Next Steps
의미있는 목성 관측 방법과 그 결과를 리포트하는 법에 이르기까지 많은 정보를 ALPO 의 목성 섹션이나 BAA 등지에서 접하실 수 있습니다. 세계 각지의 아마튜어들이 최근 촬영한 이미지들과 커맨트를 보고 본인의 관측 결과와 비교해 볼 수도 있을 것입니다.

목성의 관측 호기 내내 정기적으로 많은 관측 시간을 투자한다면 미세하나마 새로운 변화가 나타났을 때 훨씬 눈에 잘 띠게 될 것입니다. 그 순간 전 세계에서 유일하게 목격하고 있는 것일지도 모릅니다.