작은 행성 지구에 비해서 지나치게 큰 위성, 달

위성은 행성의 인력에 이끌려 행성 주위를 도는 천체를 말한다.

위성이 태어나는 방법은 크게 두 가지다.

하나는 행성이 탄생할 때 남은 찌꺼기가 뭉쳐서 위성이 되는 경우이고, 나머지 하나는 행성이 외부에 있는 작은 천체를 중력으로 끌어당겨 위성으로 입양하는 ‘포획’이다. 드물지만, 두 천체가 충돌하거나 고리에서 만들어지는 예외적인 방법도 있다.

일반적으로 위성은 모행성(母行星)에 비해 지름은 수십분의 1, 질량은 수분의 1 이하이다. 예외적으로 지구의 위성인 달은 지름은 지구의 약 1/4, 질량은 1/81이다. 현재 태양계에서는 수성과 금성의 위성은 발견되지 않았으나, 그 밖의 행성은 모두 위성을 거느리고 있다.

목성이나 토성은 크고 중력이 강해서 많은 위성을 지니고 있다. 공식적으로 목성은 총 69개의 위성을 갖고 있고 토성은 약 53개정도 되는 위성을 가지고 있다. 반대로, 보통 수성, 금성같이 작은 행성들은 중력이 약하기 때문에 위성을 갖지 못한다. 그래서 위에 써진 것 처럼 현재 태양계에서는 수성과 금성의 위성은 발견되지 않은 이유가 여기에 있다.

그런데 금성과 비슷한 크기인 지구는 달이라는 위성을 가지고 있다. 그것도 자신의 크기에 1/4이나 되는 위성을 말이다. 정확히 따지자면 지구의 지름은 약 12,756km이고 달의 지름은 약 3,474km로 무려 지구 직경의 27%나 된다.

지구에 비해 거대하고 중력이 강한 목성과 토성도 자신의 크기에 비해 이렇게 큰 위성은 갖고 있지 않다.

목성의 지름은 약14.3만km로 지구의 11배이고 따라서 둘레는 45만km이다. 목성의 69개의 위성 중 53개는 지름 10 km 미만이다. 목성의 위성 중 가장 유명한 "갈릴레이 위성"은 4개의 위성을 지칭하는 말이다. 바로 "이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토"다. 이 네 개의 갈릴레이 위성은 지구에서 맑은 밤하늘에 쌍안경으로도 볼 수 있을 정도로 크다. 태양계 안에서 가장 큰 위성으로 알려진 가니메데(갈릴레이 위성 中 하나)는 지름 약 5268 ㎞에 달한다.

토성의 지름은 약 12만 km로 지구의 9.1배, 부피는 지구의 760배이다.

토성에도 목성만큼이나 많은 위성이 있다. 현재 궤도가 확인된 위성은 61개이고 공식이름이 부여된 위성은 53개이다. 61개의 위성 중 23개는 규칙위성이고 나머지는 불규칙위성이다. 2000년대 이후에 발견된 위성들은 대부분 크기가 2~3 km 정도로 작은 불규칙위성들이다. 사실, 토성의 위성 수는 정확하게 알 수 없다. 왜냐하면 위성과 토성의 테를 구성하고 있는 얼음 조각들을 구별하는 기준이 명확하지 않기 때문이다. 토성의 고리 내에는 지름 수십~수백m에 이르는 위성들이 수백 개가 넘게 존재하고 있다. 토성의 규칙위성들 중에서 가장 큰 7개의 위성들은 모두 지름이 400 km가 넘는다. 가장 큰 위성은 타이탄이다. 토성의 타이탄은 태양계에서 두번째 큰 위성이다. 타이탄은 지름이 약 5150 ㎞, 질량 약 1.37x1023으로, 태양계 위성 중 목성의 가니메데 다음으로 크다.

목성의 위성 중 가장 큰 위성, 가니메데의 크기도 목성 크기의 약 3.5%이고 토성의 가장 큰 위성인 타이탄도 토성 크기의 약 3.75%밖에 안 된다.

결론적으로 대부분의 위성이 모행성 크기의 5%를 넘지 않는다.

그런데 목성처럼 거대행성도 아닌 지구는 자신의 27%나 되는 거대한 위성을 가지고 있다. 뭔가 이상하지 않은가?

달의 크기를 감안하여 계산해보자면, 달은 절대 지구의 인력에 포획될 수 없다. 오히려 달 크기가 수성(수성의 지름은 약 4,800km이다.)과 비슷하다는 것을 생각한다면 달이 태양계의 하나의 행성이 된다 하더라도 이상할 것이 없다. 하지만 사실 달은 다른 위성들과 비슷한 크기다. 태양계에서 가장 큰 위성인 목성의 가니메데는 지름이 5268㎞, 타이탄은 5150㎞로 오히려 달보다 1.5배정도 큰 수준이다. 따라서 달은 ‘모행성과의 질량비가 다른 위성에 비해 큰 편’이라고 말하는 것이 맞다.