태양계의 오늘과 원시 태양계 성운의 태동 S.S.Hong SNU, 05-10-18.

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1 태양계의 오늘과 원시 태양계 성운의 태동 S.S.Hong SNU,

2 지난 시간에 우리는; 이번 시간에는; 태양 행성계의 기원 오늘의 태양계 모습 사람은 보고 베껴 쓰기의 명수랍니다.
회전 원반 체의 출현이 성간 운의 중력 수축 과정에서 아주 자연스럽게 볼 수 있는 현상임을 최신 관측 결과들을 통해 확인하였다. 그렇다면 태양계의 행성들도 원시 태양 주위에 출현했던 회전 원반 체에서 형성됐을 가능성이 높다고 하겠다. 이번 시간에는; 우리의 추정을 뒷받침할 만한 근거를 태양계의 현재 모습에서 찾아 보기로 한다. 태양 행성계의 기원 오늘의 태양계 모습 태양계 구성원의 특성과 운동 태양계 구성원의 공간 분포상 태양계 기원에 관한 정보 우리 행성계의 형성 외계 행성계의 발견 우리와 외계 행성계의 비교 사람은 보고 베껴 쓰기의 명수랍니다. S.S.Hong SNU,

3 PRESENT DAY SOLAR SYSTEM AND THE SOLAR NEBULA
1. MASS AND SPACE DISTIRBUTIONS OF PLANETS 2. TERRESTRIAL PLANETS TERRAINS/ CRATERING/ WATER/ 3. ASTEROIDS AND ASTEROIDAL BELT 4. JOVIAN GAS GIANTS PLANETARY RING/ DISK/ CENTRAL SOLID CORE 5. COMET NUCLEI AND OORT CLOUD 6. INTERPLANETARY DUST PARTICLES 7. ORBITAL CHARACTERISTICS OF PLANETS PLANAR, PROGRADE MOTION/ SPECIFIC ANGULAR MOMENTUM 8. BIMODALITY IN THE SOLAR SYSTEM 9. CONCLUSION S.S.Hong ; SNU

4 1 AU = 1.496 x 108 km 태양 - 목성 거리 = 5.20 AU 태양 - 명왕성 거리 = 39.94 AU
Astronomy, 2000년 9월호, p.66 태양 - 명왕성 거리 = AU S.S.Hong ; SNU

5 행성의 질량 태양 질량 1.99 x 1030 kg 태양 반경 6.99 x 105 km MJ = 1.90 x 1027 kg
0.002 행성의 질량 17 15 태양 질량 1.99 x 1030 kg 태양 반경 6.99 x 105 km 318 95 MJ = 1.90 x 1027 kg RJ = 7.15 x 104 km 0.11 1.00 0.81 ME = 5.98 x 1024 kg RE = 6.38 x 103 km S.S.Hong ; SNU 0.06

6 수성 달 금성 지구 평균 밀도 [gm/cm3] 5.43 3.34 5.25 5.52 표면 중력 [m/sec2] 3.63 1.63
8.60 9.82 표면 온도 [K] 630낮 - 100밤 270낮 - 100밤 750 밤 낮 278 맨 왼쪽 : 왼쪽에서 두번째 : Astronomy Today, Eric Chaisson & Steve McMillan 저, p.14. 오른쪽에서 두번째 : 맨 오른쪽 : Scientific American, 1994년 4월호, p.70 S.S.Hong ; SNU

7 금성의 대기 운동 금성의 물리량 질량 0.81; 반경 0.95; 평균밀도 0.95; 중력 0.91 [ 지구 = 1.0 ]
Sky & Telescope, 1999년 6월호, p.56 질량 0.81; 반경 0.95; 평균밀도 0.95; 중력 [ 지구 = 1.0 ] 공전주기 일; 자전주기 일 (공전과 반대 방향) 표면온도 735 K; 표면 압력 96 기압 대기성분 CO2 96.5%, N2 3%, 수증기, CO, SO2, Ar S.S.Hong ; SNU

8 금성 표면 높은 지역: 흰색, 낮은 지역: 파란 색 용암 흐름. 40 km x 90 km 산악지형: 밝은 색
왼쪽 위 : 왼쪽 아래 :Sky & Telescope, 1999년 3월호, p 오른쪽 : Sky & Telescope, 1999년 3월호, p.36. 용암 흐름. 40 km x 90 km 산악지형: 밝은 색 평원지형: 어두운 색 S.S.Hong ; SNU

9 운석 구덩이 코페르니쿠스 - 120 km. 달 유티 - 직경 18 km. 화성 오리엔탈 – 직경 1000 km. 달
Astronomy Today, Eric Chaisson & Steve McMillan 저, p.250, 251 코페르니쿠스 km. 달 유티 - 직경 18 km. 화성 오리엔탈 – 직경 1000 km. 달 S.S.Hong ; SNU

10 극심한 충돌의 기록 S.S.Hong ; SNU 05-10-18
The New Solar System (4판), J. Kelly Beatty 등 편집, p.73 S.S.Hong ; SNU

11 화성의 물리량 질량 0.11; 반경 0.53; 평균밀도 0.71; 중력 0.38 [지구 =1.0]
질량 0.11; 반경 0.53; 평균밀도 0.71; 중력 [지구 =1.0] 공전주기 1.88년; 자전주기 시 표면온도 220 K ; 표면압력 1/150 기압 대기성분 CO2 95.3%, N2 2.7%, O %, 수증기 0.03% S.S.Hong ; SNU

12 화성의 대협곡 화성의 극관 Antoniadi (1909) 마리너 계곡. 바이킹 궤도선 (1976)
화성의 극관 : Cosmos, Carl Sagan 저, p.109 마리너 계곡 : S.S.Hong ; SNU

13 화성의 물 지하수 방출 수로 영구 동토 층의 해빙 대홍수로 만들어진 운석 구덩이 섬 S.S.Hong ; SNU 05-10-18
왼쪽 위, 아래 : Astronomy, John D. Fix 저, p.236 오른쪽 : Astronomy, 2000년 10월호, p.23 영구 동토 층의 해빙 대홍수로 만들어진 운석 구덩이 섬 S.S.Hong ; SNU

14 화성의 강과 호수 마른 강바닥 호수의 흔적 S.S.Hong ; SNU 05-10-18
왼쪽 아래: Scientific American, 2001년 2월호, p.20 오른쪽 위 아래 : S.S.Hong ; SNU

15 화성의 달 포보스 궤도반경 [km] 주기 [시간] 크기 [km] 밀도 [g cm-3] 포보스 9,380 7.66 28 x 20
2.0 데이모스 23,500 30.31 16 x 12 1.7 포보스: Astronomy, John D. Fix 저, p.305 데이모스: Astronomy, John D. Fix 저, p.306 데이모스 S.S.Hong ; SNU

16 소행성 C 형 탄질형 반사도 3 ~ 5 % S 형 암석형 감람석 M 형 금속형 철 니켈 V 형 베스타 휘석
반사도 3 ~ 5 % S 형 암석형 감람석 M 형 금속형 철 니켈 V 형 베스타 휘석 아이다와 댁틸: Scientific American, 1994년 12월호, p.13 소행성 궤도 : Astronomy, John D. Fix 저, p.337 소행성의 다양한 모습 : 소행성의 다양한 모습 S.S.Hong ; SNU 아이다와 댁틸

17 목성과 토성 토성 목성 토성 318 ME 질량 95 RE 11.2 RE 반경 9.5 RE 5.2 AU 궤도장반경 9.5 AU
11.9 년 9.9 시간 공전 자전주기 29.5 년 10.7시간 16 개 위성수 18 개 1.33 gcm-3 평균밀도 0.69 gcm-3 목성 액체 H2 목성, 토성 : 목성과 토성의 내부구조: Astronomy, John D. Fix 저, p.266 금속성 수소 암석-금속 핵 토성 목성 지구 S.S.Hong ; SNU

18 목성과 토성의 고리 토성의 고리 목성의 고리 목성 고리 구조의 한쪽 팔 S.S.Hong ; SNU 05-10-18
토성의 고리: Astronomy, John D. Fix 저, p.270 아래 그림: The New Solar System (3판), J. Kelly Beatty & Andrew Chaikin 편집, p.159 목성의 고리 목성 고리 구조의 한쪽 팔 S.S.Hong ; SNU

19 토성 고리 자전거 바퀴살 목자 위성 바깥쪽 목자 위성 고리에서 벗어난 입자 고리 안쪽 목자 위성
윗 그림: Astronomy Today, Eric Chaisson & Steve McMillan 저 p.295 아래 그림: Astronomy, John D. Fix 저, p.273 자전거 바퀴살 목자 위성 S.S.Hong ; SNU

20 천왕성 해왕성 명왕성과 카론 장반경 [AU] 공전주기 [년] 직경 [RE] 질량 [ME] 평균밀도 자전축 경사
천왕성 해왕성 명왕성과 카론 장반경 [AU] 공전주기 [년] 직경 [RE] 질량 [ME] 평균밀도 [g cm-3] 자전축 경사 자전주기[hr or day] 천왕성 19.19 84.01 4.11 14.54 1.3 97o.9 17.23 hr 해왕성 30.06 164.8 3.92 17.23 1.6 29o.6 16.05 hr 명왕성 39.53 248.5 0.19 0.002 2.1 122o.5 6.39 d 천왕성, 해왕성 : 명왕성과 카론 : Astronomy, 2000년 1월호, p.26 Morrison & Owen, 2003, p. 353 S.S.Hong ; SNU

21 천왕성과 해왕성의 고리 통과 전 천왕성의 고리 통과 후 해왕성의 고리 S.S.Hong ; SNU 05-10-18
위 : Astronomy, John D. Fix 저, p.288 아래 : Scientific American, 1989년 11월호, p.64 & 65 S.S.Hong ; SNU

22 지구형과 목성형 행성 크기 ~ 소행성 대 지구형: 수성, 금성, 지구, 화성 ; 왜소, 내행성계
크기 ~ 소행성 대 지구형: 수성, 금성, 지구, 화성 ; 왜소, 내행성계 목성형: 목성, 토성, 천왕성, 해왕성; 거대, 외행성계 S.S.Hong ; SNU

23 혜성의 구조 혜성의 내부 구조 성변 측후 단자 헬리 혜성 1986 헤일-밥 혜성 1997 베넷 혜성 1970
얼음 핵 km 코마 106 km 꼬리 약 108 km 성변측후단자 : 한국과학사, 전 상운 저, p.39 오른쪽 아래 : Astronomy, John D. Fix 저, p.343 오른쪽 위 : Astronomy, 2000년 8월호, p.60 수소 구름 107 km 혜성의 내부 구조 성변 측후 단자 태양 방향 S.S.Hong ; SNU

24 화구 사자자리 유성우 1799.11.12. 플로리다 슈메이커-레비의 목성 충돌 1994년 7월
플로리다 사자자리 유성우 : The Mystery of Comets, p.96 화구 : Sky & Telescope, 2000년 6월호, p.34 구덩이 사슬 : Astronomy, John D. Fix 저, p.349 슈메이커-레비 : Scientific American, 1994년 10월호, p.8 슈메이커-레비의 목성 충돌 년 7월 S.S.Hong ; SNU

25 trajectory of Wild 2 over the last 40 year period
S.S.Hong ; SNU

26 Oort의 혜안 S.S.Hong ; SNU

27 오오트 구름과 에지워스-카이퍼 대 장주기 혜성 단주기 혜성 주기 200년 이상 200년 이하 궤도 전 하늘에 분포
오오트 구름과 에지워스-카이퍼 대 장주기 혜성 단주기 혜성 주기 200년 이상 200년 이하 궤도 전 하늘에 분포 황도면에 밀집 이심률 매우 큼 보통 공급원 오오트 구름, 1012 혜성핵 카이퍼대, 300여 개 발견 카이퍼 대 태양계 평면 오오트 구름 : Astronomy, Feb. 2000년 2월호, p.24 카이퍼대 : Astronomy, Sep. 2000년 9월호, p.54 태양계 오오트 구름 S.S.Hong ; SNU

28 황도광 산란광 행성간 입자운 모형 황도 좌표계에서 본 황도광의 밝기 분포 S.S.Hong ; SNU 05-10-18
왼쪽 위 : Sky & Telescope, 2000년 4월호, p.108 오른쪽 위 : Origin and Evolution of Interplanetary Dust, p.140 아래 : 국제천문학회 심포지움, 권 석민, 홍 승수, & J. L. Weinberg, 2000년 4월, 영국 캔터베리 S.S.Hong ; SNU

29 행성간 입자 성층권에서 채집된 다공성 미세 운석 혜성으로부터 떨어져 나온 것으로 추정되는 미세 입자들 솜털 모양의 입자
위 맨 왼쪽 : The Astronomy and Astrophysic Encyclopedia, Stephen P. Maran 편집, p.322 위 중간 : The Mystery of Comets, Fred L. Whipple 저, p.185 위 맨 오른쪽 : The Mystery of Comets, Fred L. Whipple 저, p.201 아래 왼쪽 : Dusty Universe, George B. Field & A. G. W. Cameron 편집, p.209 아래 오른쪽 : Dusty Universe, George B. Field & A. G. W. Cameron 편집, p.263 솜털 모양의 입자 프렌치 파이 모양의 입자 S.S.Hong ; SNU

30 회전 원반체  회전 성간운의 중력 수축 얇은 평면 구조: 거의 원 모양의 궤도 행성 위성의 궤도면이 태양 적도면과 평행
윗 그림 : Astronomy Today, Eric Chaisson & Steve McMillan 저, p. 193 아래 그림 : The New Solar System (4판), J. Kelly Beatty 등 편집, p.22 얇은 평면 구조: 거의 원 모양의 궤도 행성 위성의 궤도면이 태양 적도면과 평행 행성과 위성의 공.자전 방향이 태양과 동일  회전 성간운의 중력 수축 S.S.Hong ; SNU

31 고유 각운동량의 분포 태양의 각운동량 상실 … S.S.Hong ; SNU

32 행성 특성의 이원성:  형성 과정의 이원성 ? 지구형 행성: 내화성 고체; 저속 자전; 소수의 위성; 고리 없음; 내행성계
목성형 행성: 휘발성 기체; 고속 자전; 다수의 위성; 고리 있음; 외행성계  형성 과정의 이원성 ? S.S.Hong ; SNU

33 태양계의 오늘 상황 행성 특성의 이원성二元性 충돌의 흔적 오오트의 혜안이 우리에게 보여준
질량, 밀도, 회전 등의 성격에서 뿐 아니라 현존 위치와 고리의 유무 측면에서도 뚜렷합니다. 충돌의 흔적 지구형 고체 위성의 표면에서 뿐 아니라 거대 위성들은 물론, 소형의 소행성들에서도 볼 수 있습니다. 어디 그뿐인가. 기상 활동이 왕성하다는 지구와 대기가 두껍기로 유명한 금성의 표면에도 그 흔적은 뚜렷하다. 오오트의 혜안이 우리에게 보여준 혜성 핵들의 구름은 물론이고, 최근에 그 존재가 드러난 에지워스-카이퍼 대의 천체들에서, 우리는 km급 수준의 소형 천체들이 ‘억수’로 많다는 사실에 놀라지 않을 수 없다. S.S.Hong ; SNU

34 특별히 괴짜가 아닌 한 태양계 식구들은 같은 방향으로 운동한다.
행성들의 태양 주위 공전 방향과 자전 방향이 일치하며 그들의 회전축은 황도면에 거의 수직하다. 이러한 현상은 행성이 거느린 위성에서도 볼 수 있습니다. 어디 그 뿐인가. 고리, 위성, 모 행성 역시 모두 순행한다. 다양한 성격의 천체들 거의 모두가 하나의 얇은 평면 안에 자리합니다. 이런 점으로 미루어 태양 행성계도 PROPLYD의 단계를 거쳤음이 확실하다. S.S.Hong ; SNU

35 그렇다면, 이제 우리는 태양계 기원의 밑그림을 그릴 차례입니다. 아니, 오늘의 모습에서 어제를 베끼겠다는 욕심!
태양계는 하나의 회전 성간운에서 태어났다. 회전하던 성간운 이 중력 수축 을 통해 회전 평판계로 진화한 다음, 그 평판 내부에서 각운동량이 큰 물질은 외곽으로 이동하고, 각운동량이 적은 물질은 이미 중앙에 자리잡은 태양쪽으로 옮겨온다. 각운동량의 재분배 와중에서 혜성의 핵과 비슷한 작은 천체들이 만들어지고, 이들이 충돌 병합 하여 행성, 위성, 소행성 등으로 성장했을 것이다. 그렇지만 목성형 행성들은 미행성체의 충돌 병합을 거쳐 형성된 것 같지 않다. 그들의 경우, 중력 수축이 형성 과정에서 중요한 몫을 했을 것이다. 일단 회전 원반에 질량이 큰 행성이 자리하게 되면, 원반에서 만들어진 미행성체들은 중력 산란의 영향으로 바깥으로 튕겨나간다. 그것이 카이퍼 벨트와 오오트 구름을 형성했을 것이다. S.S.Hong ; SNU