행성의 고리

네 개의 거대 행성들 모두 고리를 가졌다. 각각의 고리는 모행성 주위를 돌고 있는 수십억 개의 작은 입자들과 위성 조각들로 이루어져 있다. 이 고리들은 각각 그 속에 있는 고리 입자와 주위의 위성과 상호 작용에서 비롯된 것으로 보이는 복잡한 구조를 가진다. 하지만 네 행성의 고리들은 질량, 구조, 성분들 모두 다 다른다. 

 

토성의 거대한 고리 시스템은 매우 미세한 구조를 가진 광대하게 펼쳐진 평평한 고리들로 이루어져 있다. 이것들은 모두 수많은 얼음 입자들이 넓고 얇게 퍼져서 생성되었다. 이와 반대로 천왕성이나 해왕성의 고리는 검은 입자들이 몇 개의 폭 좁은 고리에 갇혀 있으며, 각 고리들은 넓디 넓은 빈 공간을 사이에 두고 멀찌감치 떨어져 있다. 목성의 고리와 토성의 고리 중 하나는 단순하게 일시적인 먼지 띠로 작은 위성들로부터 침식되어 나온 먼지 알갱이들로 채워진다. 

 

그렇다면 고리는 어떻게 생겨났을까? 고리는 수많은 입자들이 각각 케플러의 법칙을 따라 행성 주위를 운동하는 집단이다. 이에 따라 안쪽 입자는 바깥 입자에 비해 빨리 공전하지만, 고리 전체는 마치 고체 물체처럼 돌지 않는다. 실제로 고리 전체가 공전한다고 생각하지 말고, 그 속에 있는 각각의 위성 조각이 공전한다고 생각하는 것이 유익하다. 

 

 

만일 고리 입자들이 서로 멀리 떨어져 있다면, 독립된 소위성처럼 공전할 것이다. 하지만 토성이나 천왕성의 주요 고리에 있는 입자들은 매우 밀집헤 있어서 서로 중력의 영향을 주고 받으며, 또 저속도로 충돌로 서로 튕기거나 스치기도 한다. 이러한 상호 작용으로 인해 마치 바다 표면에 파동이 일어나는 것처럼 고리면에 파동이 생기게 된다. 

 

어떻게 그와 같이 거대한 고리가 존재하게 되었는지 밝히고자 하는 두 종류의 이론이 있다. 첫째, 파쇄 이론이다. 이는 고리가 파쇄된 위성의 잔존물이라는 이론이다. 둘째는 이와 반대로 고리가 서로 모여 위성을 형성할 수 없었던 입자들로 이루어졌다고 주장하는 것이다. 이 두 가지 이론 모두 모행성의 중력은 중요한 역할을 한다. 이 두 가지 이론 모두에서 모행성의 중력은 중요한 역할을 한다. 행성 가깡이에서는 중력이 물체를 찍어 분리시키거나 혹은 서로 붙는 것을 방해한다. 토성이나 천왕성의 고리는 이러한 힘 때문에 큰 위성으로 안정되지 않은 그런 지역에 있다. 

 

고리 형성의 파쇄 이론에서는 위성이나 지나가던 혜성이 너무 가까이 다가오다가 부서지게 되는 것을 생각해 볼 수 있다. 이 부서진 조각들이 남아서 한 개나 그 이상의 고리로 궤도 운동을 하게 된다. 좀 더 그럴듯하게 행성 가까이 있었던 작은 위성이 충돌로 깨져서 그 조각들이 원반 형태로 퍼졌다는 가정을 해 볼 수 있다. 많은 과학자들이 적어도 몇 개의 고리는 비교적 젊기 때문에 과거에 큰 물체가 부서진 결과라고 예측하기도 한다.