행성계란 무엇인가?

행성계는 별 주변에 모여 있는 천체들의 체계다. 여기에는 행성, 소행성, 혜성과 같은 천체들과 행성 간 먼지 등이 포함된다. 보다 일반적 개념으로는 여기에 별 그 자체와 별의 자기장, 항성풍 그리고 이들의 물리적 효과, 다시 말해 이온화 경계와 충격파 면이 포함된다. 우리가 속한 행성계를 무엇이라 부르는가? 태양은 우리가 사는 행성계의 중력 중심이다. 태양계라고 말할 때의 '태양'은 태양을 의미한다. 그래서 우리 행성계를 태양계라고 부르는 것이다. 간혹 천문학자들이 다른 행성계 역시 태양계라 부르기도 하는데, 전문적으로 옮은 표현이 아니다. 태양계는 어떻게 형성되었는가 태양계는 18세기에 피에르 시몽 라플라스가 주장한 성운 설의 기본 개념에 따라 생겨났을 가능성이 크다. 약 46억년 전에, 태양은 자신의 중력 불안정으로 붕괴한 커다란 가스와 먼지 성운이 태양만을 형성한 것은 아니다. 일부는 궤도를 도는 물질의 띠를 이루었다. 이 물질들이 원시 행성 원반을 이루고 돌리면서, 작은 알갱이들끼리 수많은 충돌이 일어나 일부 덩어리들이 합치기 시작하면서 큰 몸체를 형성했다. 그리고 수백만 년 후에 가장 큰 덩어리들이 다른 덩어리를 끌어당길 만큼 충분한 질량을 가지게 되었다. 이러한 미행성들이 점점 커져서 원시 행성이 되었다. 가장 큰 원시 행성들은 계속 커져 마침내 행성이 되었다. 태양풍은 주변에 있던 대부분의 잔재들을 없애버렸다으나 처리되지 못한 가스와 먼지들과 수많은 작은 천체들은 오늘날까지 남아서 45억 년 이상 태양계에 꽤 다양한 천체와 현상들을 제공해왔다. 우리 태양계는 얼마나 큰가? 우리 태양계는 태양에서 가장 먼 행성인 해왕성 궤도 너머, 약 50억 km까지 뻗어 있다. 해왕성 너머에는 카이퍼 대가 있는데, 카이퍼 대는 작은 얼음덩어리들로 이루어진 두꺼운 도넛 모양의 구름으로 약 120억 km까지 뻗어 있다. 그 너머에는 오르트 구름이 있다. 오르트 구름은 거대하고 두꺼운 구 껍질 모양을 하고 있는데, 그 안에는 수조 개의 혜성과 혜성 비슷한 천체들이 있을 것으로 생각된다. 오르트 구름은 태양으로부터 약 1광년, 약 9조 6000억 km 까지 뻗어 있다. 성운 설의 기원은 무엇일까 성운 설은 1755년에 독일의 철학자 이마누엘 칸트에 의해 처음 제안되었고, 후에 프랑스의 수학자이자 과학자인 피에르 시몽 라플라스에 의해 발전되었다. 개념은 현재의 태양 형성 이론과 비슷하지만, 행성들이 형성되는 추정 과정이 다르다. 라플라스는 태양이 회전하는 성운을 형성하고, 성운이 태양 쪽으로 수축할 때 가스 고리를 내보낸다고 했다. 이처럼 궤도 운동하는 고리 안의 물질들이 충돌과 중력 작용으로 행성으로 뭉치게 된다. 이러한 성운 설은 1796년 라는 라플라스의 책을 통해 소개되었다. 비록 세부 사항에서 올바르지 않았으나, 이는 우리가 천체물리학 기원을 좇는데 커다란 선구적 역활을 했다. 미행성체란 무엇인가 미행성체들이란 초기 태양계 천체들로, 약 1~100 km 정도의 지름을 가지는 천체들이다. 이 정의는 많은 다른 과학 용어들처럼 정확한 것은 아니다. 일반적으로 충돌에 의해 생성된 원시 행성계 성운 속의 천체들로, 중력을 통해 더 많은 물질들을 끌어모을 수 있다. 원시 행성이란 무엇인가 원시 행성은 초기 태양계 천체들로, 100~ 1만 km 정도의 지름을 갖는다. 이 정의 역시 미행성체와 같은 다른 과학 용어들처럼 정확한 정의가 아니다. 일반적으로 원시 행성은 원시 행성계 성운 속의 천체들이 다른 작은 천체들을 중력으로 끌어들일 만큼 충분히 커서 크기와 질량이 커진 천체다. 태양계의 핵심 지역은 어디일까? 과학자들은 일반적으로 태양계를 다섯 개의 지역, 다시 말해 내행성 지역, 소행성대, 외행성 지역, 카이퍼 대 오르트 구름으로 구분한다. 천체가 한 지역에서 다른 지역으로 나타날 수 있다는 점에서 중복될 수도 있다. 행성이란 무엇일까 수 세기 동안 행성이란 용어를 정의하기 위해 큰 노력이 있었지만, 여전히 오늘날까지도 보편적으로 동의할 만한 과학적 정의는 없다. 그러나 일반적으로 말하면 행성은 일반 별이 아닌 천체로서, 별 주위를 공전하고, 자신의 중력으로 모양을 둥글게 만들어 거의 완전한 구형의 천체를 의미한다. 우리 태양계 행성들의 일반적인 특징은 무엇일까 현재의 과학적 분류 체계에 따르면, 우리 태양계의 행성들은 다음과 같은 세 가지 조건을 충족시켜야 한다. 첫쨰, 행성은 반드시 정역학적 평형을 이루어야 한다. 즉 안쪽에서 잡아당기는 중력과 바깥쪽으로 밀어내는 힘이 균형을 이러어야 한다. 이런 평형 상태의 천체는 거의 구형이거나 구에 가깝다. 둘째, 행성의 주 궤도는 반드시 태양을 기분으로 돌아야 한다. 이 조건은 달이나 타이탄, 가니메데 등은 행성이 아니라는 것을 의미한다. 이들은 정역학적 평형에 의해 구의 형태를 이루고 있지만 이들의 주 궤도가 행성 주위를 돌기 때문이다. 셋째, 행성은 반드시 자신의 궤도 안에 있는 다른 작은 천체들을 배제해야 한다. 다시 말해 궤도 주변을 통틀어 유일하게 큰 천체여야 한다. 이 조건은 명왕성이 행성이 아님을 의미한다. 명왕성은 앞의 다른 두 조건을 충족하지만 명왕성 궤도에는 수천 개의 플루티노 천체가 존재하고, 명왕성 궤도는 훨씬 더 크고 무거운 해왕성 궤도와 교차하고 있다. 우리 태양계에는 위의 세 가지 조건을 충족하는 여덟개의 천체가 있는데, 바로 해왕성, 천왕성, 토성, 목성, 화성, 지구, 금성 그리고 수성이다. 우리 태양계는 공식적으로 여덟 개의 행성을 포함하고 있으며 수성, 금성, 지구 ,화성, 목성, 토성, 천왕성 그리고 해왕성 순이다.