목성 대기의 새로운 특징_빠른 제트 기류

1. 목성이란?

목성(Jupiter)은 태양계의 다섯번째 행성이자 가장 큰 행성입니다. 태양계에 있는 다른 모든 행성을 합한 질량의 약 2.5배에 이르며 태양 질량의 1,000분의 1배에 달하는 거대행성입니다. 또한 수소와 헬륨 등으로 이루어진 거대 기체 행성이기도 합니다. 목성은 반사광이 그림자를 형성할 만한 정도로 밝기 때문에 밤하늘에서 세 번째로 가장 밝은 천체입니다. 달과 금성 다음으로 밝은 천체에 해당하는 것입니다.

목성은 주로 수소로 이루어져 있고, 헬륨은 목성 질량 사분의 일을 차지합니다. 그리고 목성은 중원소로 이루어진 암석형 핵을 가지고 있으나 뚜렷한 고체 표면이 없습니다. 외곽 대기는 위도에 따라 몇 가지의 띠들로 구분되는데, 상호 작용하는 경계선을 따라 발생하는 난류와 폭풍에 의해 생긴 것입니다. 그로 인해 발생한 결과물이 대적점인데, 대적점은 17세기부터 존재한 거대한 폭풍이다. 목성의 주변은 희미한 고리계와 강력한 자기권이 존재합니다. 가장 큰 네 개의 갈릴레이 위성을 포함하여 적어도 79개의 위성을 가지고 있습니다.

2. 목성 대기의 새로운 발견: 빠른 제트 기류

2022년 7월 제임스 웹 우주 망원경이 처음으로 적외선 시선을 우주로 돌렸을 때 목성은 최초로 관측된 표적 중 하나였습니다. 천문학자들의 예상을 뛰어넘는 놀라운 이미지를 포착한 후, 우주 천문대는 이 거대 가스 행성의 대기에서 이전에 본 적이 없는 특징을 발견했습니다.

연구원들은 웹 우주 망원경의 근적외선 카메라(NIR 캠)를 사용하여 목성의 여러 이미지를 10시간 간격으로 촬영하여 행성의 대기 변화를 감지하기 위해 4개의 다른 필터를 적용했습니다. 적외선은 인간의 눈에 보이지 않으며, 웹 우주 망원경의 능력은 지난 몇년 동안 젊은 별들의 거대한 군집과 예상치 못한 행성 같은 물체와 같이 많은 천체의 새로운 특징들을 발견하는 데 사용되었습니다.

천문학자들은 구름 위 약 25 마일(40킬로미터) 대기층인 목성의 더 낮은 성층권에서 빠른 제트 기류를 관측했습니다. 화성의 적도 위에 위치한 제트 기류는 폭이 3,000 마일 (4,800킬로미터) 이상이고, 시속 320마일 (시속 515킬로미터)로 이동하며, 이는 지구에서 5등급 허리케인의 지속적인 바람으로 보이는 속도의 두 배에 해당합니다.

웹 우주 망원경의 뛰어난 능력에 의해 가능해진 이 연구 결과는 목성의 폭풍이 몰아치는 대기 내에서 일어나는 역동적인 상호작용을 조명합니다. 목성의 대기에서 흐릿한 안개로만 보아왔던 것이 이제는 행성의 빠른 자전과 함께 추적할 수 있는 특징으로 나타납니다.

3. 목성의 날씨

목성은 우리 태양계에서 가장 큰 행성이고 가스로 구성되어 있기 때문에 지구와 크게 다르지 않습니다. 그러나 우리의 행성과 비슷하게, 목성은 겹겹이 쌓인 대기를 가지고 있습니다. 이러한 파란만장한 층들은 이전의 망원경들에 의해 관찰되었습니다. 이 층들은 목성의 대적점과 같은 세기에 걸쳐 발생하는 폭풍과 얼음처럼 차가운 암모니아로 만들어진 구름을 포함한 날씨 패턴도 포함합니다.

다른 장비들이 다른 파장의 빛을 사용하여 목성의 소용돌이치는 구름 아래를 관찰하기 위해 더 깊이 침투해 왔지만, 웹 우주 망원경은 독특하게 구름 꼭대기에서 약 15에서 30마일(25에서 50킬로미터) 위에 있는 더 높은 고도의 층들을 연구하였습니다. 이전에는 불분명한 세부 사항들을 관찰할 위치였습니다. 웹 우주 망원경은 이미 목성의 고리들, 위성들, 그리고 목성의 대기에 대한 새로운 발견을 제공해 오고 있습니다. 

4. 우주 망원경으로 발견한 제트기류

연구원들은 높은 고도에서 웹 우주 망원경에 의해 감지된 바람과 허블 우주 망원경에 의해 감지된 바람을 비교했고 풍속의 변화를 추적했습니다. 웹 우주 망원경이 작은 구름 특징들을 발견했고 허블 우주 망원경이 제트기와 관련이 없는 폭풍을 포함하여 적도의 대기를 제공했습니다. 두 망원경은 목성의 복잡한 대기와 그 층들 안에서 일어나는 과정에 대한 더 넓은 시야를 제공했습니다. 웹과 허블 우주 망원경의 다른 파장이 폭풍 구름의 3차원 구조를 밝힐 뿐만 아니라, 또한 데이터의 타이밍을 사용하여 폭풍이 얼마나 빨리 발달하는지 관찰할 수 있었습니다. 

웹 우주 망원경을 이용한 목성의 미래 관측은 목성의 속도와 고도가 시간에 따라 변하는지 여부뿐만 아니라 다른 놀라움과 같은 제트 기류에 대한 더 많은 통찰력을 밝혀낼 수 있습니다. 수년 동안 수많은 관측소에서 목성의 구름과 바람을 추적한 후에도, 우리는 여전히 목성에 대해 배울 것이 더 많습니다. 이 제트기류와 같은 특징들이 새로운 NIR캠 이미지들이 촬영될 때까지 시야에서 숨겨져 있을 수 있다는 것도 놀라운 사실입니다. 목성은 복잡하고 규칙적인 패턴의 적도 성층권의 바람과 온도를 가지고 있는데, 이는 구름과 이 파장에서 측정된 희뿌연 구름의 바람보다 높습니다. 만약 이 새로운 제트의 강도가 이 진동하는 성층권 패턴과 연결된다면, 우리는 제트가 향후 2년에서 4년 동안 상당한 차이를 보일 것으로 예상할 수 있습니다. 앞으로 이 이론을 실험하는 것은 정말 흥미로울 것입니다.