"어느 행성에서 생명을 찾으려고 할 때 우리는 일련의 가정들을 하게 되지만 외계의 생명이 지구의 생명과 같다는 가정은 될 수 있는 한 피해야 한다. 그러나 우리의 이러한 노력에는 한계가 있게 마련이다. 우리가 상세하게 알고 있는 생명은 오로지 지구의 것이기 때문이다."
Carl Sagan, Cosmos

2000년 01월 1일

행성 관측으로의 입문

원하는 행성을 찾아내는 방법

밤하늘에 흩뿌려진 수많은 별들 가운데에서 행성을 골라 내는 일은 생각처럼 그렇게 어려운 것이 아닙니다. 일반적으로 행성은 항성에 비해 반짝거림과 점상의 흔들림이 적고 또렷이 보입니다. 별이 깜박거리는 현상은 전적으로 지구의 불안정한 대기 때문인데, 무한거리에서 오는 미세한 점광원인 항성상은 이에 쉽게 흔들리지만, 일정한 직경을 갖고 있는 행성상은 여러 점광원들이 간섭하여 전체적으로 흐트러짐이 보정됩니다. 게다가 행성은 일반 항성과는 비교도 안될 정도로 밝게 빛나며 궤도면들이 대체로 황도에 평행하기 때문에, 결국 천구상에서 봤을 때 황도 주변에서 크게 벗어나지 않는 위치에서 유난히 밝고 또렷이 빛나는 별은 일단 행성이라고 보면 거의 틀림없습니다.

지구보다 안쪽 궤도에서 태양을 공전하는 수성과 금성은 항상 태양과 가깝게 붙어다니는 것처럼 보이기 때문에, 이들은 주로 태양이 뜨기 직전 새벽 동쪽 하늘이나 일몰 직후 초저녁 서쪽 하늘에서 지평선 낮게 떠 있게 됩니다. 특히 금성의 밝기는 -4.5 등급에 이를 정도로 빼어나게 밝기 때문에 가장 구별해내기가 쉬운 행성입니다. 화성은 그 이름에 걸맞게 확실히 붉은 기운을 띠고 있고, 목성과 토성은 노르스름하게 빛나지만 시직경이 크고 지구와도 가까운 목성이 아무래도 훨씬 밝게 보입니다.

망원경의 선택

행성을 제대로 관측하려면 육안으로는 아무래도 한계가 있고 망원경이 필요합니다. 저렴한 가격으로 쉽게 구할 수 있는 망원경인 쌍안경으로는 금성의 위상 변화나 목성의 4대 갈릴레오 위성 정도는 확인할 수 있지만, 그 이상의 세밀한 관측은 어렵기 때문에 천체 망원경을 필요로 하게 됩니다.

천체 망원경은 그 구조와 매커니즘에 따라 반사식과 굴절식, 이렇게 크게 둘로 나누는 것이 통례로서, 뉴튼식 반사식 망원경은 오목거울로 만들어낸 상을 렌즈로 확대하여 보는 방식으로, 같은 가격이면 굴절식에 비해 월등히 큰 구경의 망원경을 구입할 수가 있기 때문에 더 많은 별빛 정보를 받아들이는 반면, 경통의 입구가 뚫려 있어 공기의 대류에 민감하여 충분히 냉각되지 않으면 상이 불안정해지기 쉽고 다루기가 어려운 단점을 보입니다. 한편 굴절식은 경통이 밀패되어있어 상이 안정되고 보는 방향과 경통의 방향이 일치하여 다루기가 수월하며 렌즈가 고급일 경우 날카로운 상을 얻을 수 있지만 대구경의 제품은 매우 고가이며 입수하기 어렵습니다.

경통을 받치는 가대는 견고한 적도의를 구입하는 것이 바람직합니다. 처음에는 복잡해 보일지 모르지만 일단 익숙해지면 매우 편리하고 특히 사진을 촬영하는데 있어서는 반드시 필요하기 때문입니다. 천체 망원경을 제대로 장만하려면 적지 않은 부담이 들어가기 때문에, 공개 관측회나 천문 동호회의 행사에 참여하여 다른 사람의 망원경을 많이 접해보고 신중하게 선택하는 요령이 필요합니다.

수성 관측 가이드

수성은 태양에 무척 가깝기 때문에 장시간 관측하기 힘든데다가 (기껏해야 태양과 27도밖에 떨어지지 못합니다), 워낙 작은 행성이라 배율을 200배 이상 높여봐도 조그마한 원반상으로밖엔 보이지 않습니다. 지동설을 확립한 코페르니쿠스 조차 평생동안 한번도 수성을 본 적이 없다고 합니다. 그러나 그렇게 어렵기만 한 것은 아니어서 시기를 잘 포착하고 운만 나쁘지 않으면 서울 하늘 낮게 떠있는 모습도 찾아낼 수 있습니다.

지구의 안쪽 궤도에서 돌고 있는 행성을 보면 달처럼 위상이 변하는 것을 관찰할 수 있는데, 수성의 경우 내합 근처에 있을때 200배 정도의 고배율로 보면 어렴풋한 초생달 모양을 확인할 수 있습니다. 그러나 표면을 관측하기란 불가능한 일입니다. 수성의 일면 통과는 드문 만큼 매우 흥미로운 현상입니다. 대낮에 수성이 태양과 지구 사이를 통과하므로서, 밝은 태양 안에서 조그만 검은 점이 천천히 이동하는 것처럼 보이지만 실제로 이를 식별해내기는 상당히 까다롭습니다. 태양의 흑점을 관측할 때처럼 하면서 흑점과는 달리 이동해가는 수상한 점을 확인하는 것인데 그다지 뚜렷하게 드러나보이지는 않습니다.

금성 관측 가이드

금성은 그 어떤 별보다도 밝게 빛나므로 쉽게 찾을 수 있지만 태양과 가깝기 때문에 (47도이상 벌어지지 못합니다) 관측 시간을 그리 길게 잡을 수는 없습니다. 그러나 수성에 비하면 비교적 여유를 갖고 볼 수 있습니다. 우리나라에서는 새벽에 뜨는 금성을 샛별, 초저녁에 뜨는 금성을 개밥바라기로 각각 다르게 불러왔습니다.

쌍안경이나 작은 망원경으로도 마치 달과 같은 위상의 변화를 확인할 수 있습니다. 금성이 태양과 지구와의 사이에 들어오면 우리와 가장 가깝게 되어 시직경은 매우 커지지만 그믐달이 그러하듯이 아무것도 볼 수 없습니다. 이 시기가 지나면 점점 차고 동그란 모양이 되는데, 태양 반대편에 가면 보름달과 같은 모양이 되겠지만 태양빛에 가려서 다시 보이지 않게 됩니다 (이는 금성이 낮에 뜬다는 것을 의미합니다). 갈릴레이는 금성의 위상 변화를 보고 지동설에 대한 신념을 더욱 확고히 했다고 전해집니다. 금성이 무척 밝은 이유는 그 거죽을 애워싸고 있는 거울과도 같은 이산화탄소 구름때문으로, 아무리 큰 망원경으로도 그 속을 들여다보는 것은 불가능하므로 천문학자들은 레이다를 이용해서 연구하고 있습니다.

화성 관측 가이드

화성이 궤도를 돌다보면 지구와 가까울 때가 있고 멀 때가 있는데 이와 같은 거리에 따라 그 보이는 정도가 크게 다릅니다. 약 2년에 한번씩 소접근을 하고, 이와는 별도로 15-17년 주기의 대접근을 하는데 바로 이 시기가 화성 표면의 관측에 있어서 절대적인 호기입니다. 오는 1999년 4월 25일 소접근이 예정되어있습니다.

화성이 접근했을때 배율을 100배 이상으로 다소 높게 잡아보면, 극지방에서 뿌연 덩어리를 발견할 수 있는데 이것이 극관입니다. 극관은 이산화탄소와 물이 섞인 얼음 덩어리로, 여름이 오면 대기 중으로 승화해버렸다가 겨울에는 다시 얼어붙으므로 그 크기가 커졌다 작아졌다 하는 것처럼 보입니다. 따라서 관측되는 극관의 규모로 미루어 그 반구의 계절을 알 수 있습니다. 화성 표면의 무늬는 작은 망원경으로도 어렴풋하게 짐작할 수 있습니다. 종종 아마튜어 천문가들에 의해 대기의 먼지 폭풍이 보고되기도 합니다. 그러나 거대한 올림푸스화산이나 마리네리스 계곡과 같은 세밀한 지형물은 보기 어렵습니다.

목성 관측 가이드

지구 반경의 11배가 넘는 거대한 목성은 작은 망원경으로 볼 수 있는 가장 흥미로운 천체 가운데 하나입니다. 대략 1년에 한번씩 지구와 근접할때면 시직경 40-50초에 달하는 푸짐한 모습을 드러냅니다. 1998년 9월 16일, 1999년 10월 23일 목성의 충이 예정되어있으며 이때의 시직경은 49.7초에서 49.8초에 달할 것입니다.

목성은 행성 가운데에서 금성 다음으로 밝게 빛나는데 이것은 워낙 시직경이 큰데다가 태양으로부터 받아들이는 에너지보다 표면에서 방출되는 에너지가 더 많다는 특이한 성질 때문입니다. 어떤이들은 목성이 매년 2.5cm씩 수축하면서 그러한 여분의 에너지를 만들어내고 있다고 주장합니다.

쌍안경으로 보면 원반상의 목성 주위에 작은 별 서너개가 흩어져 있는데 이것은 위성들로, 발견자의 이름을 따서 갈릴레오 위성이라 부릅니다. 목성, 즉 Jupiter는 그리스 신화에서 신들의 제왕, 제우스 신을 일컫는데 갈릴레오 4대 위성의 이름은 모두 그와 가까왔던 사람들에게서 따온 것입니다. 예컨데 가니메데는 제우스의 시중을 들던 미소년의 이름이고 나머지 이오, 에로우파, 칼리스토는 모두 제우스의 바람기에 농락당했던 여성들의 이름입니다. 목성에 다가가지 못하고 그 주위만을 겉도는 이들의 모습이 재미있습니다. 갈릴레오 위성들은 맨 눈으로 볼 수 있을만큼 밝지만, 목성의 빛에 가려 구분되지 않을 뿐입니다. 그 가운데 가장 밝은 것은 가니메데이고 가장 어두운 것은 칼리스토입니다.

배율을 좀더 높여 보면 목성 표면의 줄무늬들을 확인할 수 있습니다. 대기 상태가 안정되고 관측에 익숙해지면 서너개 이상의 많은 줄무늬들과 때로는 남반구에서 대적반이라 불리우는 붉그스름한 반점을 확인할 수 있습니다. 때로는 이들 줄무늬들의 가장자리가 고르지 않고 불규칙해지거나 중간이 끊어지는 모양도 관찰할 수 있습니다. 이 밖에도 갈릴레오 위성들이 목성의 표면에 잉크 방울처럼 까만 그림자를 드리우는 영현상도 매우 흥미롭습니다.

목성 표면을 스케치하려면 우선 종이에 수평축 : 수직축 = 15 : 14 정도의 타원을 그립니다. 목성은 자전 속도가 빨라서 실제로 이 정도 비율로 짜부러져 있기 때문입니다. 스케치는 줄무늬와 같이 큼지막하고 알아보기 쉬운 대상으로부터, 작고 세밀한 대상의 순서로 그려넣는 것이 좋습니다. 목성의 자전 속도는 생각보다 매우 빠르기 때문에 짧은 시간내에, 그러나 차분한 마음으로 그려나가야 합니다. 대적반이나 특이한 줄무늬 구조와 같이 특별히 놓치기 아까운 대상을 노리는 것이 아니라면, 스케치 전에 30분 정도 안시관측을 하면서 목성의 자전 속도와 표면의 특징 등을 눈에 익혀두는 것이 좋습니다.

스케치할때는 대상의 위치를 정확히 기록하는 것이 가장 중요합니다. 지구의 대기 상태는 생각보다 변동이 심하므로, 가끔가다 목성의 표면이 기막히게 잘 보이는 순간이 있는데 이때가 좋은 기회입니다. 관측용지는 자신의 취향에 맞게 작성하여 미리 여러장 복사해두는 것이 좋으며, 필기구로 볼펜이나 만년필을 이용하면 추운 겨울밤 잉크가 얼어버리기 일쑤이므로 HB, 2B, 4B와 같은 두세가지의 연필을 준비하는 것이 좋습니다.

토성 관측 가이드

별을 보는 이들에게 가장 인상적이었던 대상을 물으면 많은 수가 토성을 이야기합니다. 작은 망원경으로라도, 한번쯤 토성을 생으로 보고 나면 평생동안 잊지 못할 충격적인 감동을 받게 됩니다. 직경 20초 정도의 공을 40초 너비의 고리가 휘감고 있는 모습은 매우 육감적입니다.

토성의 고리는 25-30배 정도의 저배율로도 그 존재를 느낄 수 있고, 80mm 급의 굴절 망원경으로 50배 정도해서 보면 더욱 뚜렷하게 본체와 구별해낼 수 있습니다. 다른 행성과는 달리 토성은 고리를 볼 수 있는 유일한 행성으로 가장 3차원적인 모습을 하고 있는데, 본체가 테에 드리우는 그림자나 반대로 고리가 본체의 가장 자리에 드리우는 그림자를 보면 더더욱 입체감을 느끼게 됩니다. 본체의 그림자에 가려진 고리는 마치 끊어진 것처럼 선명하게 보이는 반면, 고리가 본체에 드리우는 그림자는 보다 엷고 애매합니다.

대기가 안정되고 투명한 밤에는 고리를 다시 여러개의 작은 고리들로 세분하여 볼 수 있는데, 작은 망원경으로는 대개 2개(바깥쪽의 A고리와 안쪽의 B고리)정도가 구분됩니다. A고리는 B고리보다 약간 두터우며 둘 사이에는 카시니 간극이라는 뚜렷한 경계가 있습니다. 혹자는 이 간극이 얼마나 뚜렷이 보이는가에 따라 망원경의 성능이나 대기의 상태를 평가하기도 합니다. 전반적으로 A고리는 B고리보다 조금더 어두워보이지만, 서로 만나는 카시니간극 양 주변 부위에서는 두 고리 모두 약간씩 밝아지는 느낌을 받게 됩니다.

4인치 이상급의 굴절망원경이나 6인치 이상급의 반사망원경을 이용하면 고리의 보다 세밀한 모습까지 볼 수 있습니다. B고리보다 더욱 안쪽, 본체와 가장 가까운 부분에는 흐릿한 반투명 고리 (C고리)가 있습니다. 크레페 고리라고도 불리우는 C고리는 의외로 쉽게 확인됩니다. A고리의 가장 바깥쪽에는 흐릿하게 나타나는 또하나의 틈을 볼 수 있는데 이것이 엔케간극입니다. 이것은 A고리 전체의 3분의 1정도를 차지하고 있으나 실제로 확인하기는 약간 까다롭습니다.

토성의 표면 줄무늬는 목성의 그것만큼 또렷하지는 않지만 작은 망원경으로 볼때 최소한 표면이 균일하게 고르지만은 않다는 느낌은 받을 수 있습니다. 여기에는 종종 하얀 반점이 나타나서 목성의 대적반과 비교되곤 하는데, 지난 1990년 가을 거대한 대백반이 나타나 화제가 된 적이 있습니다. 토성의 대백반은 목성의 대적반과는 달리 꾸준하지 않고, 다만 30년마다 (토성이 태양을 한바퀴 도는 기간) 한번씩은 생기는 것으로 알려져 있습니다.

토성은 가장 많은 위성을 갖고 있는 것으로 유명한데, 그 가운데 최대 위성인 타이탄은 8.3등급으로 작은 망원경으로도 쉽게 볼 수 있을만큼 밝습니다. 타이탄 다음으로 밝은 위성은 레아로, 10등급 정도로 꽤 어둡기 때문에 확인이 쉽지 않습니다. 토성의 고리는 궤도면에서 27도 가량 기울어져 있기 때문에 지구에서 보면 대략 30년의 주기로 그 기울기가 변화합니다. 그 과정에서 아주 없어져 보이기도 하는데 지난 1994년이 바로 그 해였습니다. 토성은 오는 1998년 9월 16일, 1999년 10월 23일 충을 맞이하며 이 무렵이 관측의 호기입니다.

천왕성 관측 가이드

천왕성은 눈이 좋은 사람이 이상적인 환경에서 겨우 볼 수 있을만한 밝기 (5.6등급) 이므로 왠만해서는, 특히 서울하늘 아래에서는 육안으로 찾기가 거의 불가능합니다. 그러므로 천문 연감이나 잡지의 정보를 참고하여 미리 정확한 위치를 알아둔 다음 쌍안경으로 찾아야 합니다. 망원경을 이용하면 아주 조그마한 파란색 원반상으로 보이는 것에 만족해야 합니다. 주기적으로 주변을 촬영해두면 별자리를 배경으로 서서히 이동해가는 모습을 확인할 수 있습니다.

 

2000년 1월 1일 21시 59분 05초, albireo에 의해 작성됨

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태양계의 기원, 그 열가지 대사건

첫번째 사건 : 태양계 성운의 탄생

별과 별 사이에는 성간 가스와 먼지의 구름이 균일한 농도로 흩어져 있었는데, 어느날 그 분포가 재배열되면서 태양계 성운 Solar Nebula 을 형성하였고, 그 후 스스로의 중력에 의하여 수축하기 시작하였습니다. 이러한 성간 가스의 재배열 현상은, 예컨데 근처의 초신성 폭발로 인한 충격파의 압력과 같은 것으로 유발될 수 있었습니다.

두번째 사건 : 중심부의 압축과 열의 발생

태양계 성운이 수축하면서 그 중심부는 강한 밀도로 압축되었고 이로 인해 뜨겁게 달궈지기 시작했습니다. 이제 그 열은 주변의 먼지 입자나 얼음 알갱이들을 태워서 증발시킬 수 있을 정도의 고온이 되었습니다. 이러한 초기 수축 과정은 100,000년 내의 짧은 기간 안에 완성되었습니다.

세번째 사건 : 원시 항성과 압축 원반의 형성

더더욱 압축된 성운의 중심부는 뜨거운 덩어리인 원시항성 Protostar 이 되었고, 그 나머지 가스와 먼지들은 마치 안개처럼 이 주위를 맴돌았습니다. 그 가운데 대부분은 결국 원시 항성의 중력에 이끌려 들어가 이를 살찌우는데 기여하였으나, 일부는 그 원심력이 원시 항성의 중력보다 강했기 때문에 바깥쪽에서 살아남을 수 있었습니다. 마침내 원시태양 주변에 커다란 레코드판 모양의 압축 원반 Accretion disk 이 만들어 졌고, 이들은 에너지를 방출하면서 서서히 냉각되어 갔습니다.

네번째 사건 : 이중 항성계의 실패

원시 태양의 주변을 감싸던 압축 원반의 가스와 먼지들은 불안정한 상태였기 때문에, 그들 스스로의 독자적인 중력에 의해 압축되어 또하나의 별을 탄생시킬 수도 있었습니다. 이렇게 되면 태양계는 두 개의 별이 빛나는 이중 항성계가 되는 것이었으나 결국 실패하였습니다. 아마도 목성이 이런 과정을 밟지 않았을까 생각하는 사람도 있습니다.

다섯번째 사건 : 금속과 암석 덩어리의 형성

압축 원반의 미세 입자들은 점차 냉각되어 금속, 암석, 혹은 얼음과 같은 작은 덩어리들로 뭉쳐지기 시작하였습니다. 금속 덩어리는 수축 원반이 탄생하자 마자 만들어지기 시작하였으나 (45.5~45.6억년전), 암석 덩어리는 그보다 약간 늦은 44~45.5억년전에 압축되었습니다.

여섯번째 사건 : 소행성으로 가득한 원시 태양계

금속, 암석, 얼음 덩어리들은 마치 눈덩이가 커가듯, 서로 충돌과 합체를 반복하여 보다 큰 덩어리로 나아갔습니다. 이런 과정을 통해 작은 소행성만한 크기의 덩어리들이 원시 태양계를 가득 채웠습니다.

일곱번째 사건 : 미행성들의 성장

소행성들 가운데에는 독자적인 중력을 갖고 있을만큼 커다란 것들도 있었습니다. 이들은 주위의 먼지 입자들을 끌어들여 급속도로 커나갈 수 있었습니다. 내행성들은 대체로 달 크기 정도의 소행성으로부터 커져나가기 시작하였고, 목성과 같은 거대 외행성의 경우는 지구의 1~15배만한 크기의 덩어리로부터 커나가기 시작하였습니다.

원시 태양이 발산하는 열로 인하여 화성의 안쪽 궤도에서는 많은 얼음 알갱이들이 증발되어 사라져버렸으나, 태양계 외곽 지대에서는 이런 현상이 훨씬 덜할 수 밖에 없었습니다. 결국 원시 행성을 살찌울 수 있는 재료의 양에도 많은 차이가 있었기 때문에, 화성까지의 지구형 행성과 목성 이후의 거대 가스 행성의 크기는 크게 벌어져서 마침내 극단적인 차이를 보이게 되었습니다.

이런 미행성들 Planetesimals 의 성장은 수십만년에서 2000만년의 기간동안 진행되었고 바깥쪽 궤도의 행성일 수록 그 기간이 길었습니다.

여덟번째 사건 : 태양풍 대폭발

태양계 성운이 냉각되고 나서 백만년 가량이 지난 시기, 원시 태양은 매우 강력한 태양풍을 발산하여 원시 행성 주변에 잔존해있던 가스나 먼지 입자들을 태양계 외곽으로 깨끗이 쓸어 내보냈습니다. 퀴퍼 벨트나 오르트 구름이라 불리우는 태양계 외곽을 둘러싼 먼지껍질은 바로 이 과정에서 형성된 것으로 믿어지고 있습니다. 이들 지역은 각각 단주기, 장주기 혜성의 근원지로 생각되며, 원시 태양계의 환경을 그대로 보존하고 있는 화석과도 같은 공간입니다.

아홉번째 사건 : 원시 행성의 탄생

태양계는 안쪽 궤도에서 돌고 있는 단단한 암석으로 된 원시 행성들과, 바깥 궤도의 거대한 가스 원시 행성들로 정리되어 나갔습니다. 이들은 서로 충돌, 합체하여 몸집을 키워나가거나 주위의 천체를 중력적으로 포섭하여 위성으로 만들기도 하였습니다.

열번째 사건 : 태양계의 완성

1000만년에서 1억년의 세월이 흐르자, 열개 남짓의 안정된 궤도를 돌고 있는 태양계 행성들이 마침내 모습을 드러냈습니다.

 

2000년 1월 1일 21시 55분 49초, albireo에 의해 작성됨

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목성, 무엇을 볼 것인가

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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.
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  • White Spot: white oval 에 비해 더 작고 원형에 가깝습니다. 대략 갈릴레오 위성이 목성 표면에 드리우는 그림자의 크기 만합니다.
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  • Festoon: Belt 로부터 Zone 을 향하여 대각선 방향으로 뻗은 푸르스름한 기운의 얇은 줄무늬를 일컫습니다. Zone 을 통과하여 Belt 와 Belt 를 서로 잇기도 합니다.
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  • Rift: Belt 안에 나 있는 밝은 선들을 일컫습니다. 최근 NEB 속에서 빠른 속도로 자라나는 rift 들이 관측되고 있습니다.
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  • Bar/rod/barge: 특히 어두운 물질들로 이루어진 짧은 선들을 가리킵니다.
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  • 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.

Dynamic Jupiter, An Observing Guide: Alan M. MacRobert. Sky & Telescope. May 2005.

 

2000년 1월 1일 21시 39분 01초, albireo에 의해 작성됨

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