목성의 구조와 대기

목성의 대기와 구조

목성의 상층 대기는 약 88-92%의 수소와 8-12%의 헬륨으로 이루어져 있다. 목성의 질량 기반 대기는 약 75%의 수소와 24%의 헬륨으로 구성되며, 그 외 몇 가지 남아 있는 원소로 이루어져 있다. 대기 중 수소와 헬륨의 비율은 원시 태양 성운의 이론적 구성에 가깝다. 대기권 상층부에 있는 네온은 질량 비율이 태양의 10분의 1 정도인 20ppm밖에 차지하지 못한다. 헬륨도 태양 헬륨 성분의 약 80%로 감소했는데, 이는 행성 내부에 원소가 침전된 결과물이다.

목성은 지구보다 훨씬 크지만 밀도는 훨씬 낮다. 목성의 부피는 지구의 약 1321 배지만, 지구의 318배에 불과하다. 목성의 반지름은 태양의 약 1/10이고 질량은 태양의 0.001배이다. 따라서 두 천체의 밀도는 비슷하다. 수소를 항성으로 융합하기 위해서는 목성이 75배 더 무거워야 하지만, 가장 작은 적색 왜성은 반지름이 약 30%밖에 되지 않는다. 그럼에도 불구하고 목성은 태양으로부터 받는 것보다 더 많은 열을 방출한다. 내부에서 발생하는 열의 양은 목성이 받는 태양의 복사 에너지와 맞먹는다. 이 과정에서 목성은 1년에 2cm 정도 수축한다. 목성이 처음 형성되었을 때, 목성은 더 뜨겁고 현재의 지름보다 두 배나 더 크다고 추측하고 있다.

 

 

내부 구조

목성은 다중 원소가 혼합된 고밀도 핵, 그 주위에 액체 금속 수소 층, 그리고 거의 수소 분자로 구성된 외부 층으로 구성되어 있는 것으로 알려져 있다. 핵은 보통 암석 형태로 설명되지만, 핵 깊이의 온도와 압력이 물질의 특성을 말해주지 않기 때문에 상세한 구성은 불분명하다. 핵의 존재는 적어도 목성의 역사에서 행성의 형성을 통해 제기되지만, 모델이 원시 태양 성운으로부터 다량의 수소와 헬륨을 수집하기 때문에 무거운 바위 모양이나 얼음 모양의 핵의 형성이 필요하다. 핵이 존재한다고 가정하면 용해된 핵은 뜨거운 액체 금속 수소의 대류에 의해 수축하며 행성 내부에 높은 수준의 구조를 가지고 있다. 핵 지역은 밀에서 나오는 금속 수소로 둘러싸여 있지만, 그 층은 목성 반지름의 약 78%까지 확장된다. 금속 수소층에는 수소로 구성된 투명한 내부 대기가 존재한다. 이 깊이의 온도는 수소에 비해 겨우 33K의 임상 온도 이상이다.

대기

목성은 고도 5,000킬로미터의 태양계에서 가장 큰 대기를 가지고 있다. 목성은 암모니아 결정과 황화수소 암모늄으로 구성된 구름으로 영원히 덮여 있고 이 구름들은 대류권의 접점에 위치하며 열대 지방으로 알려진 서로 다른 위도의 띠를 따라 배열되어 있다. 또한, 충돌 순환 패턴의 상호작용 때문에 폭풍과 난기류가 계속 발생한다. 구름층의 두께는 약 50km이며, 두께가 두껍고 낮은 층과 얇고 깨끗한 면적, 최소 두 개의 구름층으로 구성되어 있다. 목성의 대기는 항상 번개가 발생하는데, 이 번개의 방전들은 지구의 번개보다 수천 배나 강력하다. 목성의 낮은 회전축 기울기는 극지방이 적도지방보다 태양방사선을 적게 받고 있다는 것을 의미한다. 행성 내부의 대류는 더 많은 에너지를 극지방으로 전달하고 구름층의 온도 불균형을 제거해준다.