행성

행성

행성은 크고 둥근 천체이며 항성도 그 잔해도 아닙니다. 행성 형성의 가장 좋은 이론은 성운 가설로 성운이 성운에서 붕괴되어 원시 행성 원반에 의해 주도되는 젊은 원항성을 생성한다는 것입니다. 행성은 이 원반 안에서 중력에 의해 움직이는 물질을 서서히 축적함으로써 성장하는데요, 이것은 강착이라고 불리는 과정입니다. 태양계에는 적어도 8개의 행성이 있습니다: 수성, 금성, 지구, 화성. 그리고 거대한 행성 주피터, 토성, 천왕성, 해왕성. ('행성'이라는 용어가 더 널리 적용될 경우, 이 8개의 논란의 여지가 없는 행성을 '주요 행성'이라고 부르는 것으로 구별할 수 있습니다.) 이 행성들은 각각 궤도극에 대해 기울어진 축을 중심으로 회전합니다. 수성 이외의 태양계 주요 행성들은 모두 상당한 대기를 가지고 있으며, 빙관, 계절, 화산 활동, 허리케인, 텍토닉스, 심지어 수문학 등의 특징을 공유하기도 합니다. 금성과 화성 외에도 태양계 행성은 자기장을 발생시키며 금성과 수성을 제외한 모든 주요 행성에는 자연 위성이 있습니다. 거대한 행성에는 행성 고리가 있고, 가장 두드러진 것은 토성 고리다.

 

행성이라는 말은 아마도 그리스어 플란타이(planátai)에서 유래했으며 방랑자를 의미한다고 전해집니다. 고대에서 이 말은 태양, 달, 그리고 별의 배경을 가로질러 이동하는 육안으로 보이는 다섯 개의 광점(즉 수성, 금성, 화성, 목성, 토성)을 가리켰습니다. 행성에는 역사적으로 종교적인 관련성이 있습니다. 여러 문화가 천체를 신과 동일시하고 있으며 신화나 민속과의 연관성은 새로 발견된 태양계 천체의 명명 계획으로 유지되고 있습니다. 16세기부터 17세기에 걸쳐 헬리오센트릭이 지구 중심주의로 대체되었을 때 지구 자체가 행성으로 인식되었습니다.

망원경의 개발로 행성의 의미는 원조로만 볼 수 있는 물체를 포함하도록 확대되었습니다: 외계 행성의 위성, 얼음 거인 천왕성과 해왕성, 나중에 소행성 밴드의 일부로 인식된 셀레스와 기타 천체, 그리고 명왕성, 그 후 카이퍼 벨트로 알려진 빙결체 컬렉션의 가장 큰 멤버로 판명되었습니다. 카이퍼 벨트에서 다른 큰 물체, 특히 엘리스가 발견됨으로써 행성을 정확하게 정의하는 방법에 대한 논의가 촉진되었습니다. 국제천문학연합(IAU)은 4개 지구와 4개 거인이 자격을 갖춘 표준을 채택해 셀레스, 명왕성, 엘리스를 왜소행성으로 분류했지만 많은 행성 과학자들은 행성이라는 용어를 더 광범위하게 적용하고 있습니다.

천문학의 새로운 진보로 태양계 외행성이라고 불리는 5000개 이상의 행성이 발견되었습니다. 이것들은 종종 태양계 행성이 나타내지 않는 비정상적인 특징을 보여줍니다. 예를 들어 핫 쥬피터 - 51 페가시브와 같은 모성에 가까운 궤도를 도는 거대 행성 - HD 20782b와 같은 매우 편심한 궤도 - 등입니다. 또한 목성보다 더 큰 갈색 왜성과 행성의 발견으로 행성과 항성의 경계선을 정확히 어디로 그어야 하는지에 대한 정의에 대해서도 논의가 촉구되었습니다. 여러 태양계 외 행성이 항성의 거주 가능한 영역을 돌고 있는 것으로 발견되었는데, 지구는 생명을 지탱하는 유일한 행성으로 알려져 있습니다.

 

행성의 역사

행성이라는 개념은 고대 신성한 빛에서 과학시대 지구상의 물체에 이르기까지 그 역사를 통해 진화해 왔습니다. 이 개념은 태양계뿐만 아니라 다른 다수의 태양계 밖 세계로도 확산되고 있습니다. 행성으로서 무엇을 중요시하는지에 대한 합의 정의는 다른 물체와는 대조적으로 여러 번 변경되었습니다. 이전에는 소행성, 달, 명왕성과 같은 왜소행성을 망라했습니다.

육안으로 보이는 태양계의 5개의 고전적인 행성은 고대부터 알려져 있으며 신화, 종교 우주론, 고대 천문학에 큰 영향을 미쳐 왔습니다. 고대에 천문학자들은 특정 빛이 어떻게 하늘을 가로질러 이동하는지에 주목했는데, 이는 하늘에서 일정한 상대적 위치를 유지하던 항성과는 대조적입니다. 고대 그리스인들은 이러한 빛을 "행성"(Planátes asteres, "Wanderers") 또는 단순히 "플란타이"(Planátai, "Wanderers")라고 불렀고, 오늘날의 "행성"이라는 단어에서 파생되었습니다. 고대 그리스, 중국, 바빌론, 그리고 실제로는 모든 근대 문명에서 지구는 우주의 중심이며, 모든 "행성"이 지구를 도는 것으로 거의 보편적으로 믿었습니다. 이 인식의 이유는 항성이나 행성이 매일 지구 주위를 공전하는 것처럼 보인다는 것과 지구는 고체로 안정되어 있고 움직이는 것이 아니라 정지해 있다는 일견 상식적인 인식에 있었습니다.

 

바빌론

행성의 기능 이론을 가진 것으로 알려진 최초의 문명은 기원전 1천 년과 2천 년에 메소포타미아에 살았던 바빌로니아인이었습니다. 현존하는 가장 오래된 행성 천문학 문헌은 기원전 7세기에 만들어진 행성 금성의 움직임 관측 목록 사본인 암미사두카의 바빌로니아 금성석판으로 기원전 2천년경으로 거슬러 올라갈 가능성이 있습니다.  APIN은 기원전 7세기에 만들어진 한 쌍의 쐐기형 문자판으로 태양, 달, 행성의 움직임을 연중 복사하고 있습니다. 후기 바빌로니아 천문학은 서양 천문학의 기원이며 정확한 과학에 대한 모든 서양의 노력입니다. 기원전 7세기 신 아시리아 시대에 쓰여진 엔마 아누엔릴은 행성의 움직임을 포함한 다양한 천체 현상과의 전조와 그 관계 목록으로 구성되어 있습니다. 금성, 수성, 그리고 외계행성 화성, 목성, 토성은 모두 바빌로니아 천문학자들에 의해 특정되었습니다. 이것들은 근대 초기에 망원경이 발명될 때까지 유일하게 알려진 행성으로 남아 있었습니다.

 

그레코로만 천문학

고대 그리스인들은 당초 바빌로니아인만큼 행성에 중요성에 대해 크게 신경을 쓰지 않는 경향이 있었습니다. 기원전 6세기에서 5세기에 걸쳐 피타고라스인들은 독자적인 행성 이론을 발전시킨 것으로 보입니다. 이 이론은 우주의 중심인 '센트럴 파이어' 주위를 도는 지구, 태양, 달 및 행성으로 구성되어 있습니다. 피타고라스(Pythagoras) 또는 파르메니데스(Parmenides)는 메소포타미아로 오랫동안 알려져 왔음에도 불구하고, 석성(Hesperos)과 조성(Phosphoros)을 동일한 것으로 최초로 식별한 것으로 알려져 있습니다. 기원전 3세기 사모스의 아리스타르코스는 태양 중심계를 제안했고, 그에 따라 지구와 행성이 태양 주위를 공전합니다. 지구 중심계는 과학 혁명까지 지배적이었습니다.

기원전 1세기까지 헬레니즘 시대에 그리스인들은 행성의 위치를 예측하기 위한 독자적인 수학적 계획을 개발하기 시작했습니다. 바빌로니아인의 산술이 아닌 기하학에 기반을 둔 이 계획들은 궁극적으로 복잡성과 포괄성에서의 바빌로니아인의 이론을 일소하고 지구에서 육안으로 관측된 천문학적 움직임의 대부분을 설명할 것입니다. 이 이론들은 기원전 2세기 프톨레마이오스가 쓴 알마게스트에서 가장 큰 표현에 이를 것입니다. 프톨레마이오스 모델이 완전히 지배되고 있었기 때문에, 그것은 천문학에 관한 지금까지의 모든 작품을 대신하여 13세기에 걸쳐 서양 세계에서 결정적인 천문학적 텍스트로 남아 있었습니다. 그리스인과 로마인에게는 7개의 행성이 알려져 있으며, 각각 프톨레마이오스가 정한 복잡한 법칙에 따라 지구를 돌고 있는 것으로 추정되고 있습니다. 그것들은 (프톨레마이오스의 순서로, 현대의 이름을 사용해) 지구부터 차례로: 달, 수성, 금성, 태양, 화성, 목성 및 토성입니다.

 

중세 천문학

서로마 제국의 붕괴 후 천문학은 인도와 중세 이슬람 세계에서 더욱 발전했습니다. 기원전 499년 인도 천문학자 알리야바타는 지구의 자전을 축에 명시적으로 포함한 행성 모델을 제창했습니다. 이것이 항성의 명백한 서진 운동의 원인이라고 그는 설명합니다. 그는 또한 행성의 궤도가 타원형이라는 것도 이론화했습니다. 아바타의 신봉자들은 특히 남인도에서 강했고, 지구의 일주회 회전에 관한 그의 원칙이 지켜졌고, 많은 이차적인 작품들이 그것을 바탕으로 했습니다.

이슬람 황금기 천문학은 주로 중동, 중앙아시아, 알안달루스, 북아프리카에서 이루어졌고, 이후 극동과 인도에서 이루어졌습니다. 이 천문학자들은 폴리머스 이븐 알 하이섬처럼 프톨레마이오스 에피사이클 시스템에 이의를 제기하고 대안을 모색했음에도 불구하고 지구 중심주의를 일반적으로 받아들였습니다. 10세기 천문학자 아부 사이드 알 시지는 지구가 자전하고 있음을 인정했습니다. 11세기에는 금성의 통과가 아비체나에 의해 관측되었습니다. 현대의 아르빌니는 삼각법을 이용해 지구의 반경을 결정하는 방법을 고안했는데, 이는 엘라토스테네스의 오래된 방법과는 달리 단일 산에서 관측하기만 하면 됩니다.

 

과학혁명과 새로운 행성

과학혁명과 코페르니쿠스, 갈릴레오, 케플러의 태양중심 모델의 등장으로 '행성'이라는 용어는 항성에 대해 하늘을 상대적으로 이동하던 것에서 직접(1차 행성) 또는 간접적으로(2차 행성 또는 위성 행성) 태양을 도는 천체로 변화했습니다. 이 때문에 지구는 행성 목록에 추가되었고 태양은 제거되었습니다. 코페르니쿠스의 행성 수는 윌리엄 허셜이 천왕성을 발견한 1781년까지 존재했습니다.

17세기에 목성의 위성 4기와 토성의 위성 5기가 발견되었을 때, 그것들은 '위성 행성' 또는 '2차 행성'으로 여겨졌지만, 그 후 수십 년 만에 단순히 '위성'으로 불리게 됩니다. 과학자들은 일반적으로 1920년대까지만 해도 행성 위성도 행성이라고 생각했지만, 이러한 용도는 비과학자들 사이에서는 일반적이지 않았습니다.

19세기 첫 10년 동안 4개의 새로운 행성이 발견되었습니다: 세레스(1801년), 팔라스(1802년), 주노(1804년), 베스타(1807년)입니다. 곧 그것들은 이전에 알려진 행성과는 상당히 달랐던 것으로 밝혀졌습니다. 화성과 목성(소행성대) 사이에 같은 일반적인 우주 영역을 공유하고 때로는 중복되는 궤도를 가지고 있었습니다. 이곳은 한 행성만 예상됐던 지역으로 다른 어떤 행성보다 훨씬 작았습니다. 실제로, 그것들은 분열된 더 큰 행성의 파편이 아닐까 의심받고 있었습니다. 허셜은 그것들을 소행성(그리스어로 '별처럼')이라고 불렀습니다. 왜냐하면 가장 큰 망원경조차도 분해 가능한 원반이 없어 별을 닮았기 때문입니다.

상황은 40년간 안정되다가 1840년대에 몇몇 소행성이 추가로 발견되었습니다(1845년 아스트라아, 1847년 헤베, 아이리스, 플로라, 1848년 메티스, 1849년 하이기어). 매년 새로운 '행성'이 발견되면서 천문학자들은 주요 행성과는 별도로 소행성(소행성)을 표로 하여 추상적인 행성 기호 대신 번호를 매기기 시작했습니다.

해왕성은 1846년에 발견되었고 천왕성에 대한 중력의 영향으로 그 위치가 예측되고 있습니다. 수성의 궤도도 비슷한 영향을 받고 있는 것처럼 보였기 때문에 19세기 후반에는 태양에 더 가까운 다른 행성이 있을지도 모른다고 믿었습니다. 그러나 수성 궤도와 뉴턴 중력 예측 사이의 불일치는 대신 아인슈타인의 일반 상대성 이론인 중력 이론에 의해 설명되었습니다.

20세기

명왕성은 1930년에 발견되었습니다. 최초 관측이 지구보다 크다는 믿음으로 이어진 후, 이 천체는 곧 9번째 주요 행성으로 받아들여졌습니다. 추가 감시를 통해 1936년 레이 리터턴은 명왕성이 넵튠의 탈출 위성일 가능성을 시사했고, 프레드 휘플은 1964년 명왕성이 혜성일 가능성을 시사했습니다. 1978년에 그 큰 달 카론이 발견되면서 명왕성은 지구 질량의 불과 0.2% 입니다. 이것은 아직 알려진 어떤 소행성보다도 훨씬 거대하며 당시 다른 넵투니아 횡단 천체가 발견되지 않았기 때문에 명왕성은 행성 상태를 유지했지만 2006년에 공식적으로 그것을 잃었습니다.

1950년대 제라드 카이퍼는 소행성의 기원에 관한 논문을 발표했습니다. 그는 소행성이 이전에 생각했던 것처럼 구형이 아니라 소행성 패밀리가 충돌의 잔해라는 것을 인식했습니다. 그래서 그는 '진정한 행성'으로 가장 큰 소행성을 구별하고 충돌 플래그먼트로 소행성을 구별했습니다. 1960년대 이후 '소행성'이라는 용어는 대부분 '소행성'이라는 용어로 대체되었고 지질학적으로 진화한 가장 큰 세 가지를 제외하고 문헌에서는 행성으로서의 소행성에 대한 언급이 적어졌습니다.

1960년대 우주탐사기에 의한 태양계 탐사가 시작되면서 행성과학에 대한 새로운 관심이 높아졌습니다. 그 무렵 위성에 관한 정의의 분열이 일기 시작하면서 행성 과학자들은 큰 위성도 행성이라고 다시 생각하기 시작했지만 행성 과학자가 아닌 천문학자들은 일반적으로 그렇지 않았습니다. 이것은 모든 위성을 2차 행성으로 분류한 지난 세기의 정의와 완전히 같지는 않습니다. 토성의 하이페리온이나 화성의 포보스나 다이모스 등의 비원형 행성에서도 마찬가지입니다.

1992년 천문학자 Aleksander Wolszczan과 Dale Flail은 펄사 PSR B1257+12 주변 행성의 발견을 발표했습니다. 이 발견은 일반적으로 다른 항성을 중심으로 한 행성계의 첫 번째 결정적인 발견이라고 생각됩니다. 1995년 10월 6일 제네바 천문대의 미셸 메이어와 디디에 켈로스는 통상적인 주계열성(51페가시)을 도는 태양계 외 행성의 첫 번째 최종 발견을 발표했습니다.

태양계 외 행성의 발견은 행성을 정의하는 데 있어 또 하나의 모호함으로 이어졌습니다. 행성이 별이 되는 지점입니다. 태양계 외 행성의 대부분은 목성의 몇 배나 질량을 가지며 갈색왜성으로 알려진 항성에 접근합니다. 갈색왜성은 수소의 더 무거운 동위원소인 중수소를 융합시키는 이론적 능력 때문에 일반적으로 별로 간주됩니다. 목성의 75배 이상 질량의 물체는 단순한 수소를 융합하지만 13개 목성 질량의 물체는 중수소를 융합합니다.

 

21세기

20세기 후반에 태양계 내의 더 많은 물체와 다른 항성 주변의 큰 물체가 발견되면서 행성을 구성하는 것에 대해 논쟁이 일어났습니다. 물체가 띠와 같은 명확한 개체군의 일부라면 행성으로 봐야 하는지, 중수소의 열핵융합으로 인해 에너지를 발생시킬 정도로 큰지에 대해서는 특히 이견이 있었습니다. 더 복잡한 것은 중수소를 융합하여 에너지를 생성하기에는 너무 작은 몸은 별이나 갈색 왜성처럼 가스 구름이 붕괴함으로써 형성될 수 있습니다. 그래서 천문학자들 사이에서는 어떻게 형성된 몸을 고려해야 하는지에 대해서는 의견이 일치하지 않았습니다.

1990년대부터 2000년대 초반까지 태양계(카이퍼 벨트)의 같은 지역에서 비슷한 크기로 접근하는 천체가 많이 발견되면서 명왕성을 행성으로 분류 해제하자고 주장하는 천문학자들이 늘고 있습니다. 명왕성은 수천 명의 인구 중 단 하나의 작은 체구로 판명되었습니다. 그들은 종종 소행성의 강등을 전례로 언급했지만, 그것은 띠 모양으로 존재한다기보다는 행성과의 지구 물리학적 차이를 바탕으로 이루어졌습니다. 쿼알, 세도나, 엘리스, 하우메아와 같은 더 큰 넵투니아 횡단 천체 중 일부는 제10행성으로 대중지에 예고되어 있었습니다. 2005년에 명왕성보다 27%나 거대한 천체인 엘리스가 발표된 것은 행성의 공식 정의를 추진하는 계기가 되었습니다. 이는 명왕성을 행성으로 간주하는 것이 논리적으로도 엘리스를 행성으로 간주하도록 요구했기 때문입니다. 행성과 비행성의 이름을 짓기 위해 다른 절차가 준비되어 있었기 때문에, 이것은 긴급한 상황을 야기했습니다. 왜냐하면 규칙 하에서 엘리스는 행성이 무엇인지 정의하지 않으면 명명할 수 없기 때문입니다. 당시 넵투니아 횡단 천체가 둥근 모양이 되기 위해 필요한 크기는 거대 행성의 위성(직경 약 400km)과 비슷할 것으로 생각되었는데, 이는 카이퍼 벨트 내의 약 200개의 둥근 천체를 시사하고 그 외 수천 개 이상을 시사했을 것입니다. 많은 천문학자들은 많은 행성을 창조하는 정의를 일반적으로 받아들이지 않는다고 주장했습니다.

 

이 문제를 인식하기 위해 IAU는 행성의 정의를 작성하기 시작했고 2006년 8월에 행성의 정의를 작성했습니다. 그 정의에 따라 행성들의 집합은 궤도를 클리어한 8개의 꽤 큰 천체(수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성 및 해왕성)로 축소되었고 처음에는 3개의 물체(Ceres, Pluto, Eris)를 포함한 새로운 등급의 왜소행성이 탄생했습니다.

이 정의는 일반적으로 사용되거나 받아들여지지 않습니다. 행성 지질학에서 천체는 지구 물리학적 특성에 의해 행성으로 평가되고 정의됩니다. 행성 과학자들은 역학보다 행성 지질학에 관심이 많기 때문에 지질학적 특성에 따라 행성을 분류합니다. 천체는 그 맨틀이 자신의 무게로 플라스틱이 되는데 필요한 거의 질량으로 동적(행성) 지질학을 취득할 수 있습니다. 이는 유체 정역학적 평형 상태로 이어져 물체가 안정적인 둥근 모양을 획득하고 지구 물리학적 정의에 따라 행성성의 특징으로 채택됩니다.

원자핵융합을 경험한 적이 없으며 궤도 파라미터에 관계없이 정수압 평형을 위해 충분한 인력을 가진 아성질량체입니다.

태양계에서 이 질량은 일반적으로 천체가 궤도를 클리어하는 데 필요한 질량보다 작습니다. 따라서 지구물리학적 정의 하에서 "행성"으로 간주되는 몇몇 물체는 Ceres나 Pluto와 같은 IAU 정의 하에서는 그렇게 간주되지 않습니다. (실제로는 정수압 평형의 요건은 자기 중력하에서의 둥글림과 압축의 요건으로 보편적으로 완화됩니다;) 수성은 실제로 정수압 평형은 아니지만 행성으로 보편적으로 포함된다) 이러한 정의의 지지자들은 종종 위치는 중요하지 않으며 행성의 존재는 물체의 고유한 성질에 의해 정의되어야 한다고 주장합니다. 왜소행성은 소행성의 카테고리로 제안되고 있으며(서브행성 객체로서의 플라네토이드와는 대조적), 행성 지질학자들은 IAU의 정의에도 불구하고 그것들을 행성으로 계속 취급하고 있습니다.

 

알려진 물체 중에서도 왜소행성의 수는 확실하지 않습니다. 2019년 그룬디 등은 몇몇 중간 규모의 넵투니아 횡단 물체의 저밀도를 기반으로 넵투니아 횡단 물체가 평형 상태에 도달하는 데 필요한 제한 크기가 지름 약 900km인 거대 행성 빙월보다 실제로 훨씬 크다고 주장했습니다.[61] 소행성대의 셀레스와 아마도 이 역치를 넘는 8개의 넵튠 초인에 대한 일반적인 합의가 있을 것입니다. - 쿼얼, 세도나, 오룩스, 명왕성, 하우메어, 엘리스, 마케마케 및 콩곤. 2022년 제임스 웹 우주 망원경의 근적외선 분광법은 내부 지구 화학(이 물체의 표면에 경질 탄화수소가 존재하는 상태에서 자신을 밝히는)의 역치가 다소 높아 오르코스(넵튠 별을 넘은 8명 중 가장 작음)조차도 왜소행성이 아님을 시사하지 않습니다.

행성 지질학자들은 초기 근대 천문학자들과 마찬가지로 지구의 달과 명왕성의 카론을 포함한 19개의 행성 질량 위성을 '위성 행성'으로 포함시킬 수 있습니다. 몇 개는 더 나아가 비교적 크고 지질학적으로 진화한 행성으로서 오늘날의 팔라스나 베스타처럼 그리 둥글지는 않지만, 하이기어와 같은 충격으로 완전히 파괴되고 재흡수된 둥근 천체 또는 적어도 토성의 달 미마스 직경을 모두 포함하고 있습니다. 가장 작은 행성 질량의 달. (여기에는 해왕성의 달 프로테우스처럼 둥근 것은 아니지만 미마스보다 큰 물체도 포함될 수 있습니다.)

2006년 IAU의 정의는 언어가 태양계에 고유하고 현재 외계 행성에서는 둥글고 궤도 영역 클리어런스의 기준을 관찰할 수 없기 때문에 외계 행성에 몇 가지 과제를 제시합니다. 태양계 외 행성에 대한 공식적인 정의는 없지만 IAU 워킹그룹은 2018년 잠정적인 성명을 채택했습니다.

천문학자 장루마고트는 행성의 질량, 반장축 및 숙주 별의 질량을 기반으로 항성의 수명 동안 물체가 궤도를 클리어할 수 있는지 여부를 결정하는 수학적 기준을 제안했습니다. 이 식은 π라고 불리는 값을 생성하며 행성에 대해 1보다 큽니다. 8개의 알려진 행성과 모든 알려진 외계 행성은 π값이 100 이상이고 셀레스, 명왕성, 엘리스는 π값이 0.1 이하다. π의 값이 1 이상인 물체는 거의 구형일 것으로 예상되며 태양과 같은 항성 주변 궤도 영역 클리어런스 요건을 충족하는 물체도 원도 요건을 충족하게 됩니다.