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목성은 수백만년 합체와 축적의 산물

태양계에서 가장 큰 행성인 목성과 이를 관찰하기 위해 2011년 쏘아 올린 탐사선 주노가 2016년 7월 목성궤도의 진입한 모습이다.-NASA제공
태양계에서 가장 큰 행성인 목성과 이를 관찰하기 위해 2011년 쏘아 올린 탐사선 주노가 2016년 7월 목성궤도의 진입한 모습이다. by. NASA제공


 

목성은 태양계 내에서 가장 크기가 큰 행성으로, 지구보다 질량이 약 310배 가량 크다. 과학자들은 목성과 같은 거대 행성의 형성과정을 작은 고체상태의 물질에서 시작한 행성 배아가 성장해 특정 질량을 넘어서면 주위 소행성과 기체를 끌어들여 크기가 커진 결과로 설명하고 있다.


 

최근 목성과 같은 별의 생성과정은 질량을 기준으로 세 단계로 구분해 진행된다는 주장이 제기됐다. 스위스 베른대 연구진은 태양계 생성 과정과 함께 진행되기 시작한 목성의 형성 과정을 분석한 연구결과를 28일(현지 시간) 학술지 ‘네이처 천문학’에 밝혔다.


 

지난 2017년 동위원소를 이용한 화학적 연대측정방식으로 초기 태양이 발달할 때 생긴 것으로 추정되는 두 개의 큰 웅덩이가 발견됐다. 학자들은 당시 이곳에서 떨어져나온 작은 소행성 배아가 목성으로 성장했을 것으로 추정했다. 연구진은 이 웅덩이에서 나온 물질이 목성의 배아 됐다는 전제로, 행성 형성 모델과 화학적 연대측정 방식 등을 비교해 목성의 형성과정과 시점을 세부적으로 분석했다.

 

 



목성으로 성장하는 행성배아(검은색원)가 작은 우주 자갈이나 소행성(작은 파란원)을 흡수하는 미세소행성 합체기이후 느린 성장기를 거쳐 헬륨ㅏ 같은 기체까지 빨아들이며 성장하는 모식도다 -University of Bern 제공
목성으로 성장하는 행성배아(검은색 원)는 작은 우주 자갈이나 소행성(작은 파란색 원)을 흡수하는 1단계 미세소행성 합체기를 지나 큰 소행성(큰 파란색 원)과 충돌하며 흡수하는 2단계 느린 성장기로 접어든다.
이후 헬륨 같은 기체까지 빨아들이며 단계별로 성장해가는  모식도다. by. University of Bern 제공

 



그 결과 태양계가 형성되기 시작한 뒤 약 100만 년이 되기 전 생긴 웅덩이 부피에 해당하는 질량은 지구의 5배에서 16배 수준이라는 값을 얻었다. 초창기 태양에서 떨어져 나온 행성 배아가 목성처럼 커지려면 주변 물질을 끌어당길 만큼의 질량을 가지고 있어야 했다. 이 연구 논문의 제1저자인 이안 알베르트 베른대 물리학연구소 연구원은  "웅덩이를 행성배아로 가정하면 목성과 같은 거대행성으로 성장하기 위한 최소 질량은 지구 질량의 20배  안팎이었을 것으로 추정된다”고 설명했다. 지구 질량의 5배이상인 행성 배아는 주변의 미세 소행성을 흡수해 커질수 있다는 것이다. 이를 반경이 수 cm 수준인 미세 물질과 수 km 수준으로 작은 소행성 합체기로 명명했다.


 

연구진에 따르면 행서 배아의 질량이 지구의 20배 정도로 커진 후부터 약 200만년 동안은 충분히 커졌기 때문에 중력이 작용해 수십km 이상으로 반경이 큰 소행성 급의 행성들이 충돌했고, 이를 흡수해 느린 속도로 크기가 증가했다. 느린 성장기를 거쳐 질량이 지구보다 최소 23배에서 46배까지 커진 뒤로는 헬륨과 같은 기체까지 우주로 흩어지지 못하게 끌어당겨 가스축적기에 접어들었다. 이를 통해 결국 오늘날 지구의 질량 보다 313배가 큰 목성이 만들어졌다는 설명이다.

 


알베르트 연구원은 “태양계 탄생 초기 수 백만년동안 세 단계를 거치면서 목성과 같은 거대행성이 성장했다"며 “다른 거대 행성인 천왕성이나 해왕성에도 새 가설을 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.





출처 : 동아사이언스(http://www.dongascience.com)



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