히페리온 (위성)

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1. 개요
2. 발견과 명칭
3. 물리적 특징
4. 형성과 진화
- 4.1. 기존 가설
- 4.2. 현재 이론
5. 탐사
6. 지형
- 6.1. 도르숨(능선)
- 6.2. 크레이터
참조

1. 개요

히페리온은 1848년 발견된 토성의 위성이다. 불규칙한 모양을 가진 천체 중 가장 크며, 표면은 깊은 충돌구로 덮여 있고, 스펀지와 같은 외형을 보인다. 히페리온은 토성의 위성인 타이탄과의 궤도 공명으로 인해 카오스적인 자전을 하며, 낮은 밀도와 어두운 표면 물질로 덮여 있다. 보이저 2호와 카시니-하위헌스호에 의해 탐사되었으며, 표면의 지형과 구성에 대한 연구가 이루어졌다.

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히페리온 (위성)
기본 정보
이름	히페리온
로마자 이름	Hyperion
별칭	Saturn VII
형용사	히페리온의
명명 유래	Ὑπερίων Hyperīon
천체 유형	토성의 위성
발견	1848년 9월 16일
발견자	윌리엄 크랜치 본드 조지 필립스 본드 윌리엄 라셀
카시니 우주선이 촬영한 히페리온의 자연색에 가까운 사진. 본드-라셀 도르숨이 히페리온의 대부분을 가로지르고 있다.
궤도 정보
모행성	토성
긴반지름	1,481,009 km
궤도 이심률	0.1230061
공전 주기	21.276 일
궤도 경사	0.43° (토성의 적도 기준)
근일점 인수	303.178°
승교점 경도	263.847°
평균 근점각	86.342°
물리적 특성
삼축 지름	360.2 × 266.0 × 205.4 km
평균 반지름	135.00 ± 4.00 km
질량	5.5510 ± 0.0007 × 10^18 kg
평균 밀도	0.5386 ± 0.0479 g/cm³
표면 중력	0.017-0.021 m/s² (위치에 따라 다름)
탈출 속도	45–99 m/s (위치에 따라 다름)
자전 주기	약 13일 (불규칙 회전)
자전축 기울기	가변적
알베도	0.3
겉보기 등급	14.1
평균 표면 온도	93 K (-180 °C)
기타

2. 발견과 명칭

히페리온은 1848년 9월 윌리엄 크랜치 본드와 그의 아들 조지 필립스 본드, 그리고 윌리엄 러셀에 의해 독립적으로 발견되었다. 본드 부자는 9월 16일 관측에서 위성을 발견하였고, 2일 후인 9월 18일에 러셀도 이아페투스를 찾는 관측 중에 히페리온을 발견하였다. 그러나 새로운 위성의 발견을 논문으로 보고한 것은 러셀이 먼저였다. 현재는 세 사람 모두 히페리온의 발견자로 취급되고 있다.

이 위성은 감시와 관찰의 신이자 크로노스(그리스 신화에서 로마 신 사투르누스에 해당하는 신)의 형제인 티탄족 히페리온의 이름을 따 명명되었다. 또한, 사투르누스 7(Saturn VII)로도 불린다.

히페리온의 발견은 존 허셜이 1847년 "희망봉에서 행한 천문 관측 결과(Results of Astronomical Observations made at the Cape of Good Hope)"에서 이전에 알려진 토성의 7개 위성에 대한 이름을 제안한 직후에 이루어졌다.^[32] 윌리엄 러셀은 허셜의 명명 체계를 지지하고 그에 따라 히페리온이라는 이름을 제안했다.^[13] 그는 본드보다 발표가 빨랐다.^[14]

3. 물리적 특징

히페리온은 태양계에서 매우 불규칙한 모양을 가진 천체 중 하나로, 프로테우스 다음으로 크다. 히페리온 표면에서 가장 큰 충돌구는 지름이 121.57km이며 깊이는 10.2km이다. 이러한 불규칙한 형태는 히페리온이 과거 큰 충돌로 파괴된 더 큰 천체의 파편이라는 가설로 설명된다.^[15]

토성의 다른 위성들처럼 히페리온은 밀도가 낮으며, 이는 약간의 암석과 함께 대부분 물 얼음으로 구성되었음을 의미한다. 낮은 알베도(0.2~0.3)는 어두운 물질 층으로 덮여 있음을 나타낸다. 히페리온은 포이베보다 붉은색을 띠며, 이아페투스의 어두운 물질과 색상이 유사하다. 기공률은 약 0.46이다.^[9]

3. 1. 형태

히페리온은 태양계에서 매우 불규칙한 모양(비타원체, 즉 정역학적 평형 상태가 아님)을 가진 가장 큰 천체 중 하나이다.^[30] 모양이 불규칙한 것으로 알려진 다른 더 큰 위성은 해왕성의 위성 프로테우스이다. 히페리온은 알려진 타원체 천체 중 질량이 가장 작은 미마스의 약 15% 질량을 가지고 있다. 히페리온에서 가장 큰 크레이터는 지름이 약 121.57km이고 깊이는 10.2km이다.^[15]

히페리온이 이러한 불규칙한 형태를 하고 있는 이유로, 히페리온은 과거에 대규모 천체 충돌을 경험했을 때의 파편이라는 가설이 제기되었다. 이 설에 따르면, 히페리온의 원천이 된 모천체는 지름이 350~1,000km였을 것으로 추정된다. 천체 충돌에서는 많은 파편이 발생하지만, 이때의 파편이 1000년 정도에 걸쳐 타이탄에 저속으로 충돌함으로써 타이탄의 대기에 휘발성 물질을 공급했다는 가설도 제안되었다.

3. 2. 구성

히페리온은 대부분 물 얼음으로 구성되어 있으며, 약간의 암석이 섞여 있어 밀도가 낮다. 이는 히페리온이 작은 얼음 덩어리들이 느슨하게 뭉쳐진 형태임을 보여준다. 표면은 어두운 물질로 덮여 있어 반사율(알베도)이 0.2~0.3으로 낮다. 이 어두운 물질은 포에베나 이아페투스 표면의 물질과 유사한 것으로 추정된다. 히페리온의 표면은 포에베보다 붉은색을 띠며, 이아페투스의 어두운 부분과 비슷한 색조를 보인다.^[40]^[9]

히페리온의 공극률은 약 0.46으로 추정된다.^[40]^[9]

3. 3. 표면 특징

히페리온의 표면은 스펀지 모양과 같이 날카로운 가장자리를 지닌 깊은 크레이터들로 덮여 있다. 크레이터 바닥은 어두운 물질로 채워져 있다. 표면의 붉은색은 탄소와 수소 물질을 포함하고 있으며, 이는 이아페투스의 어두운 물질과 매우 흡사하다.^[48] 과학자들은 히페리온의 특이하고 스펀지 같은 모습이 이처럼 큰 천체에 비해 비정상적으로 낮은 밀도 때문이라고 생각한다. 낮은 밀도로 인해 히페리온은 다공성이며 표면 중력이 약하다. 이러한 특성은 충격체가 표면을 파내기보다는 압축하는 경향이 있으며, 표면에서 날아간 대부분의 물질은 돌아오지 않는다는 것을 의미한다.^[27]

NASA의 카시니-하위헌스가 2005년과 2006년에 히페리온 플라이바이를 통해 보내온 데이터를 최근 분석한 결과, 위성 부피의 약 40%는 빈 공간이었다. 이러한 다공성에 의거하면 영겁의 시간 동안 히페리온의 충돌구는 변하지 않은 채로 존속해 온 것이 된다(2007년에 제기된 주장). 새로운 분석에 따르면 히페리온은 대부분 물로 된 얼음으로 이루어져 있고, 암석 성분은 매우 적게 포함되어 있다고 한다.^[17]

3. 4. 정전기

히페리온은 표면이 전기적으로 대전되어 있는데, 이는 달 표면을 제외하고 처음으로 발견된 사례이다.^[18]

3. 5. 카오스적 자전

보이저 2호의 데이터 및 지상 측광 관측 결과, 히페리온의 자전 주기는 일정하지 않은 카오스적 자전을 하는 것으로 밝혀졌다. 이는 히페리온의 자전축이 심하게 흔들려 위성이 향하는 방향을 예측할 수 없음을 의미한다.^[46] 히페리온의 리아푸노프 시간은 약 30일이다.^[19]^[20]^[21]

히페리온은 명왕성의 위성인 닉스, 히드라와 함께^[22]^[23] 태양계에서 카오스적 자전을 하는 몇 안 되는 위성 중 하나이며, 이중 소행성에서는 흔할 것으로 예상된다.^[24] 또한 정규 행성 위성 중에서는 유일하게 조석 고정되지 않은 위성이다.

히페리온이 이렇게 불규칙하게 자전하는 이유는 불규칙한 모양, 큰 궤도 이심률, 그리고 거대한 위성 타이탄과의 근접성 때문이다. 이러한 요인들이 결합하여 안정적인 자전을 방해한다. 특히 타이탄과의 3:4 궤도 공명은 카오스적 자전을 더욱 심화시키는 요인으로 작용한다. 이러한 불규칙한 자전 때문에 히페리온은 전반구와 후반구의 모습이 뚜렷하게 다른 토성의 다른 위성들과 달리, 표면 전체가 비교적 균일한 모습을 보인다.^[25]

4. 형성과 진화

히페리온의 형성과 진화에서 중요한 점은 안쪽을 공전하는 타이탄과의 3:4 평균 운동 공명이다. 히페리온은 현재 타이탄과의 궤도 공명 위치에서 형성되었다는 모델이 제안되고 있다. 이 모델에서는 타이탄 궤도 주위에 다수 존재했던 물질 중에서 궤도 공명에 들어간 안정적인 영역에 존재하는 것이 집적하여 히페리온이 형성되었다고 보며, 불안정한 영역에 존재했던 물질은 타이탄의 영향으로 궤도가 불안정화되어 타이탄에 충돌하거나 튕겨져 나가면서 소실되었다고 본다.

4. 1. 기존 가설

히페리온의 형성과 진화 과정에서 중요한 것은 안쪽을 공전하는 타이탄과의 3:4 평균 운동 공명이다. 이론 모델에 따르면, 히페리온이 현재 궤도와는 다른 위치에서 형성된 후, 조석력에 의해 궤도가 진화하여 타이탄과의 궤도 공명에 포획되는 과정은 일어나기 어려운 것으로 생각된다. 이는 궤도 공명에 포획되려면 궤도가 카오스적이 되어 불안정화되는 영역을 통과해야 할 필요가 있지만, 히페리온 궤도의 조석 진화 시간 스케일이 길어 공명에 포획되기 전에 히페리온의 궤도가 불안정화되어 버리기 때문이다.

4. 2. 현재 이론

이론 모델에 따르면, 히페리온이 현재 궤도와는 다른 위치에서 형성된 후, 조석력에 의해 궤도가 진화하여 타이탄과의 궤도 공명에 포획되는 과정은 일어나기 어려운 것으로 생각된다. 이는 궤도 공명에 포획되려면 궤도가 카오스적이 되어 불안정화되는 영역을 통과해야 할 필요가 있지만, 히페리온 궤도의 조석 진화 시간 스케일이 길어 공명에 포획되기 전에 히페리온의 궤도가 불안정화되어 버리기 때문이다. 대신, 히페리온은 현재 타이탄과의 평균 운동 공명 위치에서 형성되었다는 모델이 제안되고 있다. 이 모델에서는 타이탄 궤도 주위에 다수 존재했던 물질 중에서 궤도 공명에 들어간 안정적인 영역에 존재하는 것이 집적하여 히페리온이 형성되었다고 생각하고 있다. 불안정한 영역에 존재했던 물질은 타이탄의 영향으로 궤도가 불안정화되어 타이탄에 충돌하거나 튕겨져 나가면서 소실되었다.

5. 탐사

카시니-하위헌스 호는 히페리온을 여러 차례 촬영했다. 최초의 근접 비행은 2005년 9월 26일에 이루어졌으며, 이때 500km까지 접근했다.^[48] 2011년 8월 25일에는 25,000km, 2011년 9월 16일에는 58,000km까지 접근했다.^[47] 카시니 호는 2015년 5월 31일에 마지막으로 34,000km까지 접근했다.^[48]

6. 지형

현재, 보이저 탐사선의 사진을 바탕으로 5곳의 지명이 명명되었다. 이 중 도르숨(능선)은 발견자의 이름을 땄고,^[1] 크레이터는 세계 신화 속 태양신이나 달신의 이름을 따서 지어졌다.

6. 1. 도르숨(능선)

발견자인 본드 부자와 라셀의 이름을 따서 명명되었다.^[1]

6. 2. 크레이터

히페리온의 크레이터 이름은 세계의 신화에 등장하는 태양신 또는 달신의 이름을 따서 지어졌다.

바흘루(오스트레일리아 원주민 신화)
헬리오스(그리스 신화)
야릴로(슬라브 신화)
멜리(보로로족 신화)

참조

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