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| ↑ 태양계 / | |
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금성은 지구에서 볼 때 태양·달 다음의 세 번째로 밝은 천체로 최대광도는 －4.3등에 이른다. 한국에서는 저녁에 서쪽 하늘에서 반짝일 때는 개밥바라기 또는 태백성(太白星)·장경성(長庚星)이라고 부르며, 새벽에 동쪽 하늘에서 반짝일 때는 샛별 또는 계명성(啓明星)·명성(明星)이라고 부른다. 서양에서는 그리스 신화에 나오는 미(美)의 여신의 이름을 따서 비너스라고 부른다.
금성은 지구 공전궤도 안쪽 궤도를 돌며, 궤도긴반지름은 0.7233AU(천문단위)로 태양으로부터 거리는 원일점에서 1억 900만km, 근일점에서 1억 750만km이다. 공전궤도 이심률은 0.0068로 거의 원에 가깝고, 궤도경사는 3.4°로 다소 크다. 공전주기는 0.6152년, 즉 224.7일이고, 평균공전속도는 35.0km/s, 지구와의 회합주기는 583.9일이다. 지구궤도 안쪽을 회전하는 내행성이기 때문에 지구에서 본 금성과 태양과의 최대 각거리(角距離), 즉 최대이각은 48°이다.
달과 같이 위상변화가 일어나는데, 동방최대이각(東方最大離角)에서 내합(內合)을 거쳐 서방최대이각에 이르는 동안 제일 잘 보인다. 지구와의 거리는 내합 부근에서 약 4100만km로 최소이고, 외합 부근에서는 약 2억 5800km로 최대가 된다. 자전주기는 243.01일, 궤도경사는 약 177.3°로, 다른 행성과 달리 동에서 서로 자전한다.
금성의 적도 반지름은 6,056km로 그 크기는 지구와 비슷하며, 모습은 거의 완전한 구에 가깝다. 지구에서 본 시지름은 내합일 때 약 60″, 외합일 때 약 l0″이고, 가장 밝을 때는 약 35", 최대이각일 때는 약 24″가 된다. 질량은 지구의 0.815배, 비중은 물의 5.24배, 표면중력은 지구의 0.90배로, 지구와 매우 흡사한 조건을 갖추고 있다.
금성의 대기는 지구와 비슷하다고 추정되고 있는 실정이다. 망원경으로 관측하면 표면은 하얀 구름으로 덮여 있어 표면 모습은 보이지 않는다. 자외선 사진으로 촬영하면 희미한 명암의 차이가 나타나기도 한다. 반사율은 0.85로, 태양계 행성으로서는 최대치값을 나타내고 있다. 지구에서 로켓을 발사하여 금성을 탐사하기 시작한 시기는, 1962년 미국 매리너 2호가 최초이며, 1967~72년 소련 비너스 4∼8호가 금성 표면에 착륙하여 조사하였다.
그 결과 표면 온도는 약 470℃, 압력은 90기압인 것으로 확인되었고, 두꺼운 구름층으로 인한 온실효과로 인하여 야간에도 거의 온도가 내려가지 않는다. 대기는 이산화탄소가 95%, 산소 1%, 질소 2.5%, 기타 1.5%이며, 수증기는 0.5∼0.65%이다.
그 밖에 금성을 덮고 있는 흰구름은 황산으로 조성되었으며, 표면에는 황산비가 내린다고 한다. 따라서, 생물은 살 수 없는 환경으로 여겨지고 있다. 또한, 대기 중에는 태양계가 탄생하였을 무렵에 있던 원시가스인 아르곤 36이 지구보다 많이 함유되어 있음이 밝혀졌다. 원시행성(原始行星)을 둘러싸고 있던 원시가스는 태양에 가까운 행성일수록 태양의 강력한 태양풍(太陽風)에 의해 많이 그리고 빠르게 날아가버렸을 것으로 생각되었으나, 이와 반대되는 사실은 어떤 의미가 있는가 하는 새로운 의문점이 생겼다. 대기에서 수평방향으로 부는 바람은 고도 10∼20km에서는 매초 2m 이하이고, 고도 45km에서는 매초 50m 이하이다.
소련 비너스 금성탐사선이 착륙한 지점의 지면은 매우 약했으며, 밀도는 물의 1.5배 정도라고 관측되었다. 금성의 지형 등이 제대로 알려지기 시작한 시기는, 1975년 소련 비너스 9호와 10호가 금성 표면의 사진 촬영에 성공하여 암석이 흩어진 상태였음이 확인되면서부터이다. 미국은 1978년 두 개의 금성탐사선을 발사하였으며 표면을 세밀히 조사하여 그 관측 결과를 바탕으로 미국항공우주국(NASA)에서 금성지도를 제작하였다. 이에 의하면, 표면에는 많은 크레이터가 있고, 바다는 없지만 지구의 지형과 많이 유사하다는 사실이 알려졌다.
가장 큰 대륙은 적도에 위치하는 아프로디테(Aphrodite) 대륙으로 평균고도가 약 2,000m이고, 넓이는 아프리카 대륙의 절반 정도인 동서 9,700km, 남북 3,200km이다. 아프로디테 대륙 바로 옆에는 지름 약 3,000km의 큰 크레이터가 있는데, 분화에 의해서 생긴 것인지 운석이 낙하하여 생긴 것인지는 아직 정확하게 밝혀져 있지 않다. 또다른 대륙은 북반구의 상당히 고위도지대에 있는 이슈타르(Ishtar) 대륙으로 평균고도는 5,000m쯤이며, 오스트레일리아 대륙에 버금가는 면적이다. 이슈타르 대륙에는 에베레스트산보다 높은 고도 1만 800m의 금성 최고봉인 맥스웰산이 있다.
이 밖에 북반구에는 베타 지역이라 부르는 고지가 있고, 몇 개의 높은 산이 발견되었으나, 아직 미측정 지역도 있으므로 미항공우주국에서는 앞으로 더 상세한 지도의 제작을 계획하고 있다. 19세기 전반 금성에도 지구의 대기광(大氣光)에 상당하는 고층대기의 발광현상이 발견되었는데, 1967년 매리너 5호가 관측한 결과 중수소원자(重水素原子)가 존재한다는 사실이 밝혀졌다.
금성까지의 거리는 지구에서 발사된 전파가 금성에서 반사되어 다시 지구로 되돌아오기까지의 시간으로 측정하는데, 지구와 태양 간의 평균거리인 천문단위의 길이는 이 방법에 의해 정밀하게 측정된다. 이 방법을 금성레이더방식이라고 하는데, 이 때문에 천문상수를 결정하는 체계가 크게 달라졌다.
태양계의 행성 중 하나인 지구는 자신의 위성인 달을 동반하고 태양의 둘레를 공전한다. 그 궤도는 태양으로부터 수성 ·금성 다음으로 세번째로 가까이 있다. 지구는 고등생물이 서식하고 있는 점에서 다른 행성들과 다른 존재이지만, 가스와 고체의 구(球)라는 점에서는 다른 행성들과 공통점을 가지고 있다. 태양계의 행성은 지구를 비롯하여 수성 ·금성 ·화성 ·명왕성의 지구형 행성과 목성 ·토성 ·천왕성 ·해왕성의 목성형 행성으로 나눌 수 있다. 지구형과 목성형 사이의 가장 본질적인 차이는 각각을 구성하는 화학성분인데, 이는 지구의 성인과 관계되어 있어 매우 중요하다.
지구형 행성은 Si, Mg, Fe-Ni 및 그 산화물(규산염)의 무거운 비휘발성 물질로 구성되어 있고, 목성형 행성에서는 H, He 등의 가벼운 성분이 압도적이다. 목성형 행성의 경우에는 그 구성성분이 우주의 일반적인 원소의 존재비와 대체로 일치하지만, 지구형 행성들은 가벼운 원소를 거의 가지고 있지 않다. 원래 가지고 있었던 휘발성분이 태양활동의 열복사(熱輻射)에 의하여 지구대기를 통하여 발산해버렸기 때문이다.
태양의 코로나는 그 온도가 100만 ℃에 달하며, 항상 지구와 지구대기에 영향을 주며, 때로는 플레어(flare) 등을 수반하여 강한 충격을 주는 경우가 있다. 이 상태는 지구가 생겨난 때부터 계속되었으며, 점차 휘발성분을 비산시켰다. 그러나 그 후 지구의 환경이 바뀌어 지구대기는 태양열에너지를 반사하게 되었고, 지구자기장이 발생하여 태양플라스마를 저지하였고, 지구를 둘러싼 대기층은 두꺼워졌다.
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 요약 |
| 태양계의 행성(行星) 중 하나로 인류가 살고 있는 천체. |
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 본문 |
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| ↑ 지구 위성사진 / | |
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태양으로부터 세번째 궤도를 돌며, 달을 위성(衛星)으로 가지고 있다. 또한 엷은 대기층으로 둘러싸여 있고, 특유한 지구자기(地球磁氣)를 가지고 있다. 지금까지 알려진 바로는 전우주에서 고등생물이 서식하는 유일한 존재이다.
지구의 기원에 대해서는 예로부터 여러 설이 있었다. 그러나 지구의 기원을 생각할 때 태양계 내의 다른 행성들의 기원과 모순되지 않아야 한다는 점, 태양이 포함된 은하계의 물리적 조건에 적합해야 한다는 점 등을 고려하면 타당성이 있는 지구의 기원설은 크게 줄어든다. 대표적인 지구의 성인설(成因說)로는, 지구가 고온의 가스덩어리에서 형성되었다고 한 I.칸트와 P.S.라플라스로부터 근대의 H.O.알벤으로 이어지는 고온기원설(高溫起源說)과, 태양계의 행성이 저온상태의 우주진(宇宙塵)과 가스덩어리에서 발생하였다고 하는 C.F.바이츠제커와 O.Y.슈미트의 저온기원설(低溫起源說) 등이 있다.
20세기의 과학은 이 중에서 고온기원설보다는 저온기원설에 비중을 두고 있다. 고온기원설에 따르면 지구를 형성한 물질은 원래 태양과 마찬가지로 뜨거운 상태에 있었으며, 중력의 작용으로 응집되어 구형(球形)을 이룬다. 시간이 지나면서 무거운 금속인 철 ·니켈은 중심부에 모여 지구의 핵(core)이 되었고, 가벼운 규산염은 맨틀을 만들었으며, 그 후 지구의 온도가 내려가자 지구 표면에서는 그 일부가 냉각 ·고결되어 지각(地殼)이 형성되었다. 그리고 지각은 서서히 수축되어 주름살을 형성하며 바다와 육지가 만들어졌다.
지각의 두께가 불균일한 것은 맨틀의 대류과정에서 불필요한 찌꺼기가 암석의 정출작용(晶出作用)을 통하여 지구표면의 특정지점으로 집중 분출되었기 때문인데, 이로써 대륙이 형성되었다. 이 가설의 최대 난점(難點)은 물과 산소 ·질소 가스 등이 왜 높은 온도에서 외부로 흩어지지 않고 지각 내에 잔류하였는가 하는 것이다. 또 맨틀의 열전도도(熱傳導度)로 보아 지구와 행성계의 나이 45억 년 동안에 어떻게 지구가 수십만 ℃에서 지금의 온도로 냉각되었는가 하는 점이다.
한편, 저온기원설에서는 태양을 둘러싼 두터운 가스와 우주진의 덩어리가 중심에 있는 태양의 중력(引力)과 가스 내부의 마찰과 열의 방출로 점차 냉각되어 태양의 자전면 내로 집중된 원반(圓盤)상태, 말하자면 토성의 고리와 같은 상태를 가정한다. 그 후 이 원반은 몇 개의 고리로 분리되어 보데의 법칙에 따른 분포를 나타내기에 이르렀다. 이중에 태양에서부터 세번째의 고리가 내부의 마찰과 인력에 의하여 한 점으로 집중되어 원시지구를 형성한다.
그리고 점차 그 크기가 커지며 안정된 구형으로 변했다. 지구 내부에서는 중력 또는 압력의 에너지가 열에너지로 변환되고(보일-샤를의 법칙과 비슷한 작용에 의해), 방사성원소의 붕괴로 생긴 열에 의해 내부온도가 점점 올라갔다. 이 때 순수한 철과 니켈은 규산염이나 산화물에 비하면 그 비중이 큰 데다 더 낮은 온도에서 융해되므로, 아직 용해되지 않아 굳은 상태인 규산염 상태의 물질 속으로 낙하하여 지구중심에 모인다.
이것이 핵(코어)이 되었고, 나머지가 맨틀이 되어, 지구는 물질분포가 균일한 구에서부터 몇 개의 층을 가진 행성으로 진화하였다. 그 동안에도 지구의 내부온도는 더욱 상승하여 규산염물질의 융해점 가까이까지 접근하고, 지구내부압력의 복잡한 분포와 규산염물질의 분포에 의해 이번에는 맨틀상부가 부분적으로 융해된다. 지구가 탄생하여 이 단계에 이르기까지의 시간은 약 1억 년이 걸렸다. |
핵과 맨틀 내에서 비중이 큰 물질이 지구내부를 향해 낙하할 때에 중력퍼텐셜의 에너지는 열에너지로 바뀌어 지구 중심부의 온도를 높이는 역할을 한다. 따라서 하부는 뜨겁고 상부는 차가운 수조(水槽) 속의 온수와 같이 핵과 맨틀의 내부에서는 대류가 생긴다.
맨틀의 대류는 물질의 이동(수 cm/y)과 열전달을 촉진하여 지구내부를 열적 ·중력적 평형상태로 만들고 멈춘다. 이어서 평형상태가 깨지면 다시 대류가 시작되고, 이런 식으로 맨틀의 대류는 몇 회에 걸쳐 단속적으로 일어나고, 그 때마다 맨틀 내에 누적된 비중이 낮은 물질이 지구표면으로 분출되어 지각을 형성한다.
지각의 암석 연대측정(年代測定)에 의하면 이러한 현상은 7억 년에 한번씩 일어난 것으로 추정된다. 지각을 만들 때도 비중이 높은 암석은 해저를 형성하고, 비중이 낮은 암석은 화산분화 등에 의해 지구표면으로 나와(아이소스타시) 대륙을 형성하였다(대륙이동 ·곤드와나대륙). 지각은 맨틀에 비하면 아주 얇고 약해서 맨틀의 지속적인 대류에 의하여 몇 개의 판(대륙괴)으로 부서져 맨틀 위에 떠 있게 되었고, 지각의 열극이나 지각자기(地殼磁氣)가 띠 모양으로 나타나게 되었다.
핵내부의 대류는 그 양상이 명확히 알려져 있지는 않지만, 맨틀과 비슷한 과정을 거치는 것으로 보인다. 핵내부에서는 온도차가 1℃만 되어도 대류가 일어나며, 맨틀로부터의 추정 결과와 지구자기 발생(다이너모이론)을 생각해 볼 때 매우 빠른 속도로 대류하고 있는 것으로 추측할 수 있다.
지구표면에서는 대륙의 생성과 함께 해수와 대기층이 만들어졌다. 금성(金星)의 대기성분이나, 우주 속의 물질의 성분비와 화학적 결합강도 등을 고려하면, 지구대기도 처음에는 이산화탄소와 수증기(또는 얼음)가 대부분을 차지했고, 현재와 같이 산소를 20 %나 함유한 대기와는 그 상태가 전혀 달랐다. 게다가 지구의 표면온도는 해수(海水)와 대기가 얼지도 날아가지도 않을 정도이며, 생명체가 발생하기에 꼭 알맞은 －50~100 ℃였다.
생명의 근원인 유기물, 특히 DNA(디옥시리보핵산)와 RNA(리보핵산)가 어떻게 만들어졌는지 알 수 없지만, 유기물이 지구와 같은 행성이면 어디서나 나타난다는 것은 운석(隕石) 중의 유기물로 증명된다. 생물, 그 중에서도 엽록소를 가진 식물의 발생은 지구대기의 성분을 결정적으로 바꾸어 놓았다. 식물은 태양에너지를 빌려 탄소동화작용(炭素同化作用)을 통하여, 그 전까지 대기의 대부분을 차지하던 이산화탄소와 일산화탄소를 산소로 바꾸었다. 해수에서는 이산화탄소가 산소로 바뀌자, 움직이는 생명체(산소를 에너지원으로 사용하는)인 동물군이 발생하였다.
지구를 둘러싼 대기권은 몇 개의 영역으로 나뉘어 있다. 지구대기는 중력에 의하여 지구에 붙들려 있고, 상공으로 올라갈수록 밀도가 낮아지며, 구성성분에서도 가벼운 원자와 분자가 많아진다. 고도 500km에서부터 지구반지름(6,370km)의 10∼15배의 영역을 지구의 외기권(外氣圈)이라 한다. 대류권(對流圈)에서는 상승기류와 하강기류가 대기를 잘 섞어서 구름 ·비 ·눈 ·뇌전(雷電) ·태풍과 같은 독특한 기상현상을 일으킨다. 대류권상공에서는 평균 －55 ℃ 정도의 온도가 대체로 일정한 영역이 35km 정도 계속된다. 이 부분을 성층권(成層圈)이라 하는데, 대류권과 비교하면 대기운동은 활발하지 않지만 동서방향의 대기순환이 나타난다. 성층권에서는 남북 위도 30° 사이의 적도부에서 끊임없이 동풍이 불며, 중위도에서는 거꾸로 서풍이 지배적이다. 고도 40km 이상이 되면 강한 태양자외선이 대기의 원자와 분자를 해리하거나 이온화[電離]한다.
중간권은 성층권 위에서 고도 90 km까지 펼쳐져 있다. 중간권 이상의 대기에서는 태양자외선의 영향을 받아 광화학반응(光化學反應)이 극히 활발하다. 전자밀도(電子密度)가 높은 곳은 전리층(電離層)이라 하며, D층 ·E층 ·F층으로 세분된다. D층은 고도 60km에서 시작하여 80km 부근에서 최대전자밀도 1.5×104개/cm3개/cm3를 가지며, 밤에는 그 값이 104개/cm3로 떨어진다. F1층은 고도 200km 부근에서 최대전자밀도 2.5×105개/cm3를가지며, F2층은 고도 300km 부근에서 최대전자밀도 106개/cm3를 가진다.
전리층은 주로 태양자외선과 태양X선이 대기를 이온화하여 전자를 튀어나오게 함으로써 만들어진다. D층에서는 우주선(宇宙線)의 역할이 크다. 전리층은 지구내에서의 전파통신에 없어서는 안 되는 것이지만 전파의 주파수가 전리층 내의 전자운동에 공명(共鳴)할 정도의 주파수보다 높으면 전파는 전리층을 뚫고 나가버린다. 태양면에서 폭발이 일어나면 며칠 후에는 그 영향이 지구에 나타나 전리층이 교란된다. 이 현상을 전리층폭풍 또는 델린저현상이라고 한다. 이 때문에 때에 따라서는 전파통신을 할 수 없게 되는 일이 생긴다. 고도 100~500km의 영역에서는 고도의 상승에 따라 온도가 급증하는데, 이를 열권(熱圈)이라 한다.
500km 이상의 영역은 외기권(外氣圈)이라 하며, 거의 모든 기체가 이온화되어 있다. 외기권은 전체적으로는 전기적으로 중성이지만 전기전도도가 아주 높아, 플라스마 상태로 되어 있다. 산소나 질소와 같은 무거운 원소는 거의 존재하지 않고 수소와 같은 가벼운 원소만이 존재한다. 이와 같은 상태는 지구반지름의 약 10배의 영역까지 이른다. 이 영역에서는 지표(地表) 부근의 대기와는 달리 휘슬러공전 ·지구자기요란 ·오로라 등과 같은 전자기적 현상이 현저하게 나타난다. 휘슬러공전이란 번개에 의해 생긴 잡음 전파와 같은 것이 지상 수백 km 상공의 자기력선(磁氣力線)을 따라 전파되는 현상이다.
이 공전의 성질을 조사함으로써 외기권의 전자밀도를 추정할 수 있다. 많은 관측결과에 의하면, 고도가 지구반지름의 몇 배에 달하는 상공에서의 전자밀도는 102∼103개/cm3 인 것으로 추정된다. 성분으로 보면 외기권은 행성간공간과 연결되어 있지만, 점이적(漸移的)인 연결이 아니고 명확한 경계가 있는 것이 인공위성관측에 의하여 확인되었다. 중성인 기체를 전파하는 파동에 음파(音波)가 있지만, 외기권과 같은 플라스마 상태의 전도성매질(電導性媒質) 내를 전파하는 파동으로서는 알벤파(波)가 있다.
이 파동은 자기력선이 현진동(弦振動)에 대한 현과 같은 역할을 하며 플라스마운동에 수반되어 움직인다. 그리고 그 자기력선의 움직임은 자기력선을 따라 전파된다. 잘 알려진 바와 같이 지구자기장은 쌍극자자기장으로 근사하게 표현되지만, 지구반지름의 10배쯤 되는 곳에서는 쌍극자자기장에서 크게 벗어나 자기장의 흐트러짐이 관측된다.
태양으로부터는 항상 | |
