목성은 태양계의 5번째 궤도를 돌고 있는 행성이다. 태양계 여덟 행성을 모두 합쳐 놓은 질량의 3분의 2 이상을 차지할 만큼 크다. 목성의 지름은 지구의 약 11배에 이른다. 지구와 비교해 질량은 약 318배, 부피는 약 1400배에 달한다.

그러나 밀도는 지구의 약 4분의 1 정도에 불과하다. 태양처럼 밀도가 낮은 수소와 헬륨으로 구성돼 있기에 태양과 같이 차등자전을 한다. 적도 부근에서 9시간 50분 주기로, 고위도에서는 9시간 55분 주기로 태양계에서 가장 빠른 자전을 한다.

토성처럼 고리도 있다. 크게 세 부분으로 나뉘어져 있는데 가장 안쪽의 뿌연 형태의 고리와 중간의 주 고리, 그리고 가장 바깥쪽의 얇고 희미한 고리로 나뉘어져 있다. 또한 목성 주위로 작은 태양계라 불릴 만큼 많은 위성들이 돌고 있다.

12개 위성 한꺼번에 발견, 79개로 늘어나 

목성의 달이라 할 수 있는 위성들 중에 우리에게 친근한 위성으로 갈릴레이, 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토가 있다. 이밖에도 크고 작은 위성들이 미스터리한 궤도로 목성 주위를 돌고 있었기 때문에 발견이 힘들었다.

그러나 최근 첨단 관측 장비들이 도입되고 태양계를 더 세밀하게 볼 수 있게 됨에 따라 알지 못했던 새로운 사실들이 속속 밝혀지고 있다. 최근 목성을 돌고 있는 새로운 위성들이 12개나 발견된 것이다. 이렇게 많은 위성들이 한꺼번에 발견된 것은 이번이 처음이다.

18일 ‘사이언스’, ‘가디언’. ‘인디펜던트’ 지 등 주요 언론들은 미국 카네기 과학연구소(Carnegie Institution for Science)의 천문학자들이 12개의 위성을 추가로 발견했으며, 이 중 9번째 위성은 태양계 가장 바깥쪽의 행성인 해왕성보다 더 먼 궤도를 돌고 있다고 밝혔다.

천문학자들은 가장 외곽에 있는 위성을 관찰하는 과정에서 또 다른 11개 위성을 발견할 수 있었다고 밝혔다. 또한 12개 위성 중 하나는 매우 위험한 궤도를 돌고 있어 다른 위성과의 충돌이 불가피한 것으로 전망했다.

카네기 연구소의 천문학자들이 목성의 새로운 위성에 주목한 것은 지난해 3월이다. 칠레에 있는 ‘세로톨롤로 범미주천문대(Cerro Tololo Inter-American Observatory)’의 대형 우주망원경을 통해 새로운 위성들을 발견했는데 궤도를 확인하기 위해 1년이란 세월이 필요했다.

천문학자들은 지난해 상반기 ‘S/2016 J1’과 ‘S/2017 J1’란 이름을 붙인 2개의 행성을 새로 발견했다. 그리고 10개의 위성을 추가로 더 발견함으로써 지금까지 확인된 목성의 위성 수는 67개에서 79개로 늘어났다.

이번 연구를 이끈 천문학자 스콧 쉐퍼드 (Scott Sheppard) 박사는 “처음에는 위성들이 화성보다 클 것으로 예상했다”고 말했다. 그러나 관측 결과 12개의 위성 크기는 매우 작은 것으로 밝혀졌다.

위성 연구 통해 태양계 생성 비밀 밝혀

쉐퍼드 박사는 “새로 발견한 위성들의 직경은 1~3km 에 불과했는데 이로 인해 관측이 매우 힘들었다”고 밝혔다. 목성을 돌고 있는 일부 위성들이 지구보다 약 100배에 달할 만큼 먼 궤도를 돌고 있는 것 역시 관측을 힘들게 한 요인이다.

쉐퍼드 박사는 “이로 인해 태양으로부터 반사되는 빛의 양이 극히 적었고, 지구로부터 관측이 매우 힘들었다”고 말했다. 그러나 칠레 ‘세로톨롤로 범미주천문대’에 있는 4m-와이드 우주망원경이 위력을 발휘했다.

‘암흑 에너지 카메라(Dark Energy Camera)’라 불리는 이 망원경은 이전에 망원경과 비교해 훨씬 더 많은 영역을 단일 노출로 상세하게 관측할 수 있는 장비다. 하나의 이미지 속에 보름달 크기의 12배를 담을 수 있을 만큼 뛰어난 영상 재현 능력을 지닌 것으로 알려졌다.

새로 발견한 12개의 위성(달) 중 9개는 목성 궤도를 역주행하고 있는 것으로 밝혀졌다. 다른 위성들의 공전 방향, 다른 행성의 자전 방향과 정반대로 움직이는 이들 위성들은 소행성이나 혜성, 혹은 또 다른 위성 충돌로 인해 발생한 잔존물로 여겨진다.

연구팀은 새로 발견한 12개의 위성들 가운데 열두번째 위성을 ‘괴짜’란 의미의 ‘아드볼(Oddballs)’라 명명했다. 직경 1km가 안 되는 이 위성은 목성 궤도를 순항하고 있지만 다른 위성들과 매우 가까워 충돌이 예상되고 있다.

또 다른 위성에는 쥬피터의 손녀이면서 건강의 여신인 ‘발레투도(Valetudo)’란 이름이 붙었다. 이 위성에 대해 쉐퍼드 박사는 “역주행을 하고 있는 (새로 발견된) 다른 위성들과 달리 엉뚱한 곳에서 순주행을 하고 있다”고 밝혔다.

관련 논문은 미행성체 전자 회람(Minor Planet Electronic Circular, MPEC)에 보고됐다. 연구팀은 보고서를 통해 특히 ‘발레투도’가 과거 충돌로 인해 발생한 위성 가운데 가장 큰 위성일 가능성이 크다고 보고 있다.

한편 논문 발표 후 의문도 제기되고 있다. 이렇게 작은 위성들이 얼마나 자주 발생하며, 또한 존속할 수 있느냐는 것. 이와 관련 쉐퍼드 박사는 “소행성이나 혜성, 혹은 또 다른 위성들 간의 충돌은 수십억 년에 한번 있을 정도로 매우 드물개 발생한다”고 주장했다.

그는 이어 “만일 그런 일이 일어난다면 지구로부터 충분히 관측이 가능하다”며 “그러나 실제로 그런 일이 일어날 수 있을 가능성은 거의 없다”고 밝혔다.

한편 향후 목성을 돌고 있는 위성 수가 더 늘어날 가능성도 매우 큰 것으로 예상된다.

이는 목성 탐사선 ‘주노’가 현재 목성 궤도를 돌며 관측 임무들을 수행해 나가고 있기 때문. 전문가들은 이 과정에서 추가로 위성을 발견할 가능성이 매우 높다고 예상하고 있다. 태양계에서 가장 큰 행성인 목성에 위성이 잇따라 발견되면서 미지에 쌓여있던 태양계 생성의 비밀이 하나둘 밝혀지고 있다.