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대적점

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목차

1. 개요

대적점은 목성에서 관측되는 거대한 폭풍으로, 1665년 이전에 존재했을 가능성이 제기되었으나, 1830년에 현재의 대적점이 처음 관측되었고 1879년에 뚜렷하게 나타난 이후 본격적으로 연구되었다. 17세기 관측 기록과 현재 대적점의 동일성에 대한 논란이 있으며, 보이저 1호와 주노 우주선 등 탐사선을 통해 상세한 관측이 이루어졌다. 21세기에 들어 크기가 수축하는 현상이 관측되었고, 2019년에는 가장자리에서 폭풍 조각이 떨어져 나가는 현상이 관측되었다. 대적점은 시계 반대 방향으로 회전하며, 지구 지름의 약 1.3배에 달하는 크기를 갖는다. 대적점의 색채와 조성에 대한 연구가 진행 중이며, 난류로 인해 열을 발생시켜 주변 대기를 가열하는 현상이 관측된다.

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대적점
개요
목성의 대적점
보이저 1호가 촬영한 목성의 대적점.
종류지속적인 고기압성 폭풍
위치목성 남반구
크기지구보다 큼
색깔붉은색
추정 연령359년 (1665년부터 관측)
특징
상세 정보목성의 대적점은 목성의 남반구에 위치한 지속적인 고기압성 폭풍이다. 지구보다 더 큰 크기를 가지고 있으며, 1665년부터 관측되었다.
크기 변화대적점의 크기는 계속해서 줄어들고 있다.
깊이대적점은 구름 꼭대기 아래로 약 500km에서 1,000km까지 뻗어 있다.
역사
최초 관측1665년 조반니 도메니코 카시니에 의해 관측됨
장기 관측1665년부터 지속적으로 관측됨
과학적 정보
성분정확한 성분은 알려지지 않았지만, 암모니아, 수증기, 황화수소 등이 포함되어 있을 것으로 추정된다.
온도주변 지역보다 약간 낮은 온도
바람시속 432km (268 마일)
기타
google_map목성 대적점

2. 관측 역사

목성의 대적점은 1665년 이전부터 존재했을 가능성이 있다. 1665년부터 1713년까지 목성 표면에서 점이 관측되었는데, 이 초기 관측들이 현재 대적점을 기록한 것이라면 최소 350년 동안 유지된 셈이다.[60] 그러나 현재 대적점은 1830년에 처음 목격되었고, 1879년 뚜렷하게 모습을 보인 이후부터 자세히 연구되었다.

로버트 훅이 1664년 5월 목성의 점을 기술했지만, 현재 대적점과 다른 위치에 있었을 가능성이 크다. 조반니 카시니는 1665년 목성에 '영속적인 점'이 있다고 기술하여 최초 목격자로 더 설득력 있다.[63] 도나토 크레티는 1711년 유화 '천문관측'에서 목성의 점을 붉게 묘사했는데, 이는 19세기 후반까지 유일한 붉은색 기록이다.[65]

1831년 9월 5일부터 대적점이 관측되었고, 1879년까지 60회 이상 관측 기록이 남아있다.[9] 1879년 이후 꾸준히 관측되고 있다.

20세기 후반부터 보이저 1호, 주노 (우주선) 등 우주 탐사선들이 대적점을 정밀 관측했다. 보이저 1호는 1979년 2월 25일 목성으로부터 9200000km 떨어진 곳에서 상세 이미지를 전송했고,[10] 주노 (우주선)은 2017년 7월 11일 목성 표면 약 8000km 상공에서 사진을 촬영했다.[22][19]

21세기 들어 대적점 크기가 줄고 있다. 2004년 기준 긴지름은 100년 전 약 40000km의 절반(지구 지름 두 배 정도)이었다. 2019년 대적점 가장자리에서 폭풍 조각들이 떨어져 나갔다.[67]

오벌 BA는 2000년 3월 흰색 타원형 점 세 개가 합쳐져 만들어졌고,[68] 이후 붉은색으로 변해 '소적점'으로 불린다.

2. 1. 17~18세기 관측

조반니 카시니는 1665년 목성에 '영속적인 점'이 있다고 기록했는데, 이것이 대적점의 최초 관측일 가능성이 높다.[63] 카시니가 관측한 점은 1665년부터 1713년까지 관측되었으나, 이후 118년간 관측 기록이 없어 현재의 대적점과 동일한 것인지는 확실하지 않다.[64] 과거의 점은 관측 역사가 짧고 이동 속도가 느렸다는 점도 현재의 대적점과 같은 존재인지 의문을 갖게 한다.[64]

로버트 훅 또한 1664년 5월에 목성의 점을 관측했다고 기록했지만, 그가 관측한 점은 현재 대적점의 위치(남적도벨트)와 다른 북적도벨트에 있었을 가능성이 크다.[63]

도나토 크레티가 1711년에 그린 유화 '천문관측'에는 목성의 붉은 점이 처음으로 묘사되어 있다.[65] 이 그림은 바티칸에 전시되어 있으며, 천문학자 에우스타키오 만프레디가 정확한 묘사를 위해 도움을 주었다.[65]

도나토 크레티(Donato Creti)의 1711년 그림 "목성(Jupiter)", 최초로 대적점을 붉은색으로 묘사한 그림

2. 2. 19세기 이후 관측

1665년 이전부터 대적점이 존재했을 가능성이 있지만, 현재의 대적점은 1830년에 처음 관측되었고 1879년에 뚜렷하게 나타난 이후에야 본격적으로 연구되었다.[61][3] 17세기에 관측된 폭풍은 오늘날 존재하는 폭풍과 다를 수 있는데,[62][3] 1830년 이후 현재까지의 연구 기간과 17세기 발견 사이에는 긴 간극이 있기 때문이다. 원래의 대적점이 소멸했다가 다시 형성되었는지, 희미해졌는지, 아니면 단순히 관측 기록이 부실했는지는 알 수 없다.[89][50]

대적점의 최초 관측은 종종 로버트 훅에게 돌아간다. 그는 1664년 5월 목성 표면의 한 점을 묘사했다. 그러나 훅이 관측한 점은 현재의 대적점이 위치한 남적도대가 아닌 북적도대에 있었을 가능성이 높으며, 칼리스토 위성의 그림자에 가려져 있었을 가능성이 크다.[4] 훨씬 더 신빙성 있는 것은 그 다음 해인 1665년에 조반니 카시니가 "영구적인 점"을 묘사한 것이다.[63][5] 가시성의 변동이 있었지만, 카시니의 점은 1665년부터 1713년까지 관측되었다. 하지만 48년의 관측 공백으로 인해 두 점이 동일한 것인지 확정할 수 없다. 이전 점의 관측 기록이 더 짧고 현대의 대적점보다 이동 속도가 느리다는 점은 두 점이 동일하다고 결론짓기 어렵게 만든다.[64][6]

1711년 도나토 크레티가 그린 그림에 목성의 한 점이 묘사되어 있는데, 이는 바티칸에 전시되어 있다는 사소한 미스터리가 있다.[65][7][8] 다양한 이탈리아 장면을 배경으로 하는 여러 확대된 천체를 묘사한 일련의 패널 중 하나이며, 천문학자 에우스타키오 만프레디가 정확성을 위해 감독한 이 그림은 대적점을 붉은색으로 묘사한 최초의 그림이다(당시 망원경의 광학적 반전으로 인해 목성의 북반구로 올라가 있지만). 19세기 후반 이전에는 어떤 목성의 특징도 붉은색으로 명시적으로 서술된 적이 없다.[65][8]

1831년 9월 5일부터 대적점이 관측되었다. 1879년까지 60회 이상의 관측 기록이 남아있다.[9] 1879년 두드러지게 나타난 이후로 꾸준히 관측되고 있다.

토마스 그윈 엘거(Thomas Gwyn Elger)가 1881년 11월에 그린 목성 스케치, 대적점이 보인다


2024년 역사적 관측에 대한 연구에 따르면 1665년부터 1713년까지 관측된 "영구적인 점"은 1831년 이후 관측된 현대의 대적점과 동일하지 않을 수 있다. 원래의 점이 사라지고 나중에 다른 점이 형성되어 오늘날 우리가 보는 점이 되었다는 것이 제안되었다.

21세기에 접어들어 대적점은 크기가 줄어들고 있다. 2004년 기준으로 대적점은 긴지름이 100년 전 약 40,000 km의 절반(지구 지름 두 배 정도)까지 줄어들었다. 현재 속도로 크기가 줄어든다면 2040년 경 대적점은 원 모양이 될 것이다. 대적점이 얼마나 오래 유지될 것인지 혹은 크기 변화가 폭풍이 맥동하는 과정중일 뿐인지에 대해서는 밝혀지지 않았다.[66] 2019년 대적점 가장자리에서 폭풍 조각들이 작게 떨어져 나가 흩어지기 시작했다.[67]

대적점보다 작은 점 오벌 BA는 2000년 3월 흰색 타원형 점 세 개가 합쳐져 만들어졌으며[68] 이후 불그스름한 색으로 바뀌었다. 천문학자들은 오벌 BA를 '소적점'(Little Red Spot, Red, Jr.)으로 부르기도 한다. 2006년 6월 5일 기준으로 대적점과 오벌 BA는 향후 합쳐질 것으로 예측되었다.[69] 두 폭풍은 대략 2년에 한 번씩 스쳐 지나가지만 2002년과 2004년 조우 때 특이사항은 없었다. 2006년 7월 20일 제미니 천문대는 두 폭풍이 서로 접근했다가 합쳐지지 않고 멀어지는 것을 촬영했다.[70] 2008년 5월 붉은색을 띠는 제3의 태풍이 등장했다.[71]

1974년 파이어니어 10호가 찍은 목성의 사진. 이때 대적점은 이후 1979년 보이저 1호가 재촬영했을 때보다 눈에 띄게 색이 진해 보인다.


1979년 보이저 1호에서 촬영한 목성과 대적점의 광각 사진. 대적점 바로 아래 보이는 하얀 타원형 폭풍은 지름이 지구와 비슷하다.


보이저 1호가 목성으로 접근하면서 찍은 저속 촬영 영상. 대기 벨트들이 움직이는 것과 대적점이 회전하는 것이 보인다. NASA 사진.

2. 3. 20세기 이후 관측

1979년 2월 25일, 보이저 1호가 목성으로부터 9200000km 떨어진 지점에서 대적점의 첫 상세 이미지를 전송했다.[10] 160km 크기의 구름까지 식별 가능했다. 대적점 왼쪽(서쪽)의 다채롭고 물결치는 구름 패턴은 매우 복잡하고 변화무쌍한 파동 운동 지역이다.

21세기에 들어 대적점은 크기가 줄어들었다. 2004년 초, 그 길이는 1세기 전 40000km (지구 지름의 약 3배)의 절반 정도였다. 현재 속도로는 2040년까지 원형이 될 것이다. 대적점이 얼마나 오래 지속될지, 변화가 정상적인 변동인지는 알 수 없다.[11] 2019년, 대적점 가장자리에서 폭풍 파편이 떨어져 나가 소멸되는 "벗겨짐" 현상이 나타났다.[12]

2000년 3월, 흰색 타원 세 개가 합쳐져 만들어진 타원 BA는 붉은색으로 변했다.[15] 천문학자들은 이를 "작은 붉은 점" 또는 "레드 주니어"라고 불렀다. 2006년 6월 5일, 대적점과 타원 BA는 수렴하는 듯 보였다.[16] 2006년 7월 20일, 제미니 천문대는 두 폭풍이 서로 지나치는 모습을 촬영했지만, 합쳐지지는 않았다.[17] 2008년 5월, 세 번째 폭풍이 붉게 변했다.[18]

2016년 목성 극궤도에 진입한 주노 우주선은 2017년 7월 11일, 목성에 근접하여 표면으로부터 약 8000km 상공에서 폭풍 사진 여러 장을 촬영했다.[22][19]

대적점은 2000년 카시니-호이겐스가 목성 북극 근처에서 관측한 대암점과 혼동해서는 안 된다.[20]

2. 4. 21세기 이후 관측

21세기에 들어 대적점의 크기가 줄어들고 있는 것이 관측되었다. 2004년 기준으로 대적점의 긴지름은 100년 전 약 40000km의 절반 수준(지구 지름 두 배 정도)까지 줄어들었다.[66] 현재 속도로 크기가 줄어든다면 2040년경에는 원 모양이 될 것으로 예측되었다.[66] 그러나 대적점이 얼마나 오래 유지될 것인지, 혹은 크기 변화가 폭풍의 맥동 과정 중 일부인지는 밝혀지지 않았다.[66]

2019년에는 대적점 가장자리에서 폭풍 조각들이 떨어져 나가 흩어지는 현상이 관측되었다.[67] 이러한 현상 때문에 일부 천문학자들은 대적점이 20년 안에 소멸할 수 있다고 추측하기도 했다.[13] 그러나 다른 천문학자들은 대적점의 크기는 구름의 덮개를 반영할 뿐 실제 소용돌이의 크기를 나타내는 것은 아니며, 조각들이 떨어져 나가는 현상은 다른 저기압이나 고기압과의 상호작용으로 설명될 수 있다고 주장한다.[14]

타원 BA는 2000년 3월 흰색 타원형 점 세 개가 합쳐져 만들어졌으며, 이후 붉은색으로 바뀌었다.[68] 천문학자들은 타원 BA를 '소적점'이라고 부르기도 한다. 2006년 6월 5일 기준으로 대적점과 타원 BA는 합쳐질 것으로 예측되었으나,[69] 2006년 7월 20일 제미니 천문대는 두 폭풍이 서로 접근했다가 합쳐지지 않고 멀어지는 것을 촬영했다.[70] 2008년 5월에는 붉은색을 띠는 제3의 태풍이 등장하기도 했다.[71]

2016년 목성 극궤도에 진입한 주노 우주선은 2017년 7월 11일 목성에 근접하여 대적점의 정밀 관측을 수행했다.[22][19] 주노는 목성 표면으로부터 약 약 8046.70km 상공에서 대적점의 여러 이미지를 촬영하여, 대적점의 깊이와 구조에 대한 정보를 얻었다.[22][19]

2024년, 아구스틴 산체스-라베가 등의 연구팀은 17세기 관측된 "영구적인 점"은 현대 대적점과 다를 수 있다는 연구 결과를 발표했다.[53]

2. 5. 소적점 (오벌 BA)

오벌 BA는 2000년 3월 흰색 타원형 폭풍 세 개가 합쳐져 만들어졌으며[68] 이후 불그스름한 색으로 변했다. 천문학자들은 오벌 BA를 '소적점'(Little Red Spot, Red, Jr.)으로 부르기도 한다. 2006년 6월 5일 기준으로 대적점과 오벌 BA는 향후 합쳐질 것으로 예측되었으나[69], 두 폭풍은 대략 2년에 한 번씩 스쳐 지나갈 뿐 2002년과 2004년 조우 때 특이사항은 없었다. 2006년 7월 20일 제미니 천문대는 두 폭풍이 서로 접근했다가 합쳐지지 않고 멀어지는 것을 촬영했다.[70]

3. 구조

지구와 대적점 크기를 대략적으로 비교한 그림.


대적점이 회전하는 움직임을 찍은 사진. 카시니 우주선 제공.


대적점은 남위 22도 부근에 위치하며,[51] 시계 반대 방향으로 약 6 지구일(또는 14 목성일) 주기로 회전한다.[75] 2017년 4월 3일 측정 기준 폭은 지구 지름의 약 1.3배이다.[76] 대적점을 이루는 구름의 꼭대기는 주변 구름보다 약 8km 더 높다.[23]

대적점은 주변 제트기류의 영향으로 경도 상 위치가 변하며, 19세기 이래 목성을 최소 10바퀴 이상 돌았다.[85] 대적점 내부는 상대적으로 안정되어 있으며, 바람은 약하지만 주변부에서는 시속 432km/h에 달하는 강풍이 분다.[81] 대적점은 마찰을 일으킬 지면이 없어 수 세기 동안 유지될 수 있다.[24]

대적점이 더 차갑다는 사실(이는 고도가 더 높다는 뜻도 된다.)은 적외선 자료를 통해 오래 전부터 알려져 있었다.[77] 그러나 대적점 상층부 대기는 행성 내 다른 어떤 곳보다 온도가 훨씬 높은데, 학계는 아래쪽 폭풍이 만드는 난류로부터 솟아오르는 음파를 이 상층부 열기의 원인으로 보고있다.[78]

3. 1. 깊이와 내부 구조

주노 탐사선의 관측에 따르면, 대적점은 구름층 아래 약 240~500km 깊이까지 뻗어 있는 것으로 추정된다.[38][39] 대적점 내부는 따뜻한 환형 내에 차가운 중심을 가진 반시계 방향 소용돌이 구조를 보인다.[37][39]

갈릴레오와 카시니의 열 적외선 영상 및 분광법 관측 데이터는 1995년부터 2008년까지 이러한 구조를 분석하는 데 사용되었다.[39] 특히, 2000년 12월 갈릴레오의 고해상도 영상은 대적점 북서쪽의 대기 난류 지역과 동서쪽 지역 사이의 뚜렷한 온도 차이를 보여주었다.[39][41]

대적점의 수직 온도는 100~600mbar 범위에서 주변보다 1.0~3.5K 더 따뜻하다.[39] 좀 더 구체적으로, 대적점 중심의 수직 온도는 약 400mbar의 압력에서 동서 지역보다 1.0~1.5K, 구조 가장자리의 남북 지역보다 3.0~3.5K 더 따뜻하다.[39]



카시니 임무 복합 적외선 분광계(CIRS)와 지상 기반 공간 영상은 포스핀과 암모니아 에어로졸(PH3, NH3) 및 파라-히드록시 벤조산의 조성을 매핑하여 대적점 내부 구조 모델을 개발하는 데 기여했다.[39][44] 이 데이터는 목성 대기의 수직 운동을 추적하는 데 중요한 역할을 한다.[37][39]

PH3 및 NH3의 농도는 대적점 주변, 특히 북쪽에서 높게 나타났다. 이는 남쪽 제트 이동과 에어로졸 기둥의 고도 증가와 관련이 있다.[39][45] 그러나 대적점 남쪽 주변 고리에서는 NH3가 크게 고갈된 것으로 나타났는데, 이는 대기 침강과 관련이 있을 수 있다.[39] 이러한 조성 비대칭은 대적점 구조가 북쪽에서 남쪽으로 기울어져 있음을 시사한다.[39][46]

대적점의 깊이와 내부 구조는 계속 변화하고 있지만,[38] 제트 기류가 구조 기저부보다 훨씬 아래에 있어 대적점 소용돌이에 동력을 공급하는 것으로 추정된다.[38][39]

4. 색채와 조성물

대적점의 색채가 어떻게 만들어지는지에 대해서는 아직 확실한 이론이 없다. 천문학자들은 태양에서 나오는 우주선이나 자외선이 목성 구름의 화학적 조성에 미치는 영향을 연구하고 있다. 실험실 연구에 따르면 태양의 자외선이 황화수소암모늄과 유기화합물인 아세틸렌에 닿으면 톨린과 같이 붉은색을 띠는 복잡한 유기화합물이 생성되는데, 이 물질이 대적점 색깔의 원인으로 추정된다.[87] 이러한 화합물이 높은 고도에 위치하는 것도 대적점의 색깔에 영향을 주는 것으로 보인다.[88]

대적점의 색조는 붉은 벽돌색부터 담홍색, 흰색까지 매우 다양하다. 대적점은 때때로 사라지기도 하는데, 이때는 남적도띠(SEB)에 있는 대적점구멍(Red Spot Hollow)을 통해서만 그 모습을 확인할 수 있다. 대적점의 가시성은 남적도띠와 관련이 깊다. 남적도띠가 밝은 흰색일 때는 대적점이 어두워지고, 남적도띠가 어두워지면 대적점은 밝아지는 경향이 있다. 대적점의 색이 어두워졌다 밝아지는 주기는 불규칙하다. 1947년부터 1997년까지 관측 결과, 1961~1966년, 1968~1975년, 1989~1990년, 1992~1993년에 대적점이 가장 어두웠다.[89]

5. 동역학

난기류로부터 막대한 양의 중력파와 음파를 생산하는 대적점은 이 음파가 상층부 대기에서 부서져 파동 에너지를 열로 바꾸면서 상층부 대기의 온도를 까지 가열한다.[91] 이는 목성의 다른 지역 온도보다 수백 켈빈 더 뜨거운 값이며, '해변가에서 파도가 치는 것'과 같은 효과로 묘사된다.[92]

대적점이 수 세기 동안 유지되는 이유는 마찰을 일으킬만한 딱딱한 지면이 없고, 액체로 된 수소 핵만 존재하기 때문이다. 목성 대기를 순환하는 기체 소용돌이들은 각운동량을 감소시킬 요인이 없어 매우 오랫동안 유지될 수 있다.[93]

지구와 대적점의 크기 비교


대적점은 시계 반대 방향으로 회전하며, 2017년 4월 3일 기준 너비가 로 지구 지름의 1.3배이다.[22] 구름 꼭대기는 주변보다 약 높다.[23] 점의 가장자리 주변 바람은 약 에 이르지만, 내부 흐름은 정체되어 있다.[30]

1966년까지 대적점의 시계 반대 방향 순환이 확인되었고, 보이저 탐사선의 시간 경과 영상으로 극적으로 확인되었다.[28] 대적점의 회전 주기는 시간이 지남에 따라 감소했는데, 이는 크기의 꾸준한 감소의 결과일 수 있다.[31] 경도는 끊임없이 변화하며, 90일 주기의 경도 진동을 포함한다.[32][33]

참조

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