칼리스토 (위성)

3. 궤도 및 자전

칼리스토는 갈릴레이 위성 중 가장 바깥쪽에 있으며, 목성으로부터 약 1,880,000km 떨어져 목성을 공전한다.^[112] 이는 목성에서 그 다음으로 가까운 가니메데의 공전 반경(1,070,000km)보다 상당히 크다. 궤도가 멀리 떨어져 있어 칼리스토는 다른 세 갈릴레이 위성이 일으키는 궤도 공명을 일으키지 않는다.^[113]

다른 위성들과 마찬가지로 칼리스토의 자전은 동주기 자전이다.^[114] 칼리스토의 자전 주기와 공전 주기는 약 16.7일이다. 궤도는 목성의 적도를 기준으로 약간 찌그러졌고 기울어졌으며, 궤도 이심률과 경사각은 태양과 행성들의 섭동에 따라 거의 주기적으로 변화한다. 궤도 이심률의 변화 범위는 0.0072~0.0076이고 경사각의 변화 범위는 0.20~0.60°이다.^[113] 이 궤도 변화로 자전축 기울기는 0.4~1.6° 사이로 변한다.^[115]

칼리스토가 이렇게 분리된 궤도를 가진다는 것은 내부 구조 형성과 진화에 중요한 조석 가열이 거의 일어나지 않았음을 의미한다.^[143]

4. 물리적 특징

1610년 갈릴레오 갈릴레이가 발견한 칼리스토는 지름이 4,821km로 수성과 거의 같지만, 질량은 수성의 3분의 1에 불과하다. 갈릴레이 위성 중 목성에서 가장 바깥쪽을 돌며, 궤도 반지름은 1,883,000km이다. 이오, 에우로파, 가니메데와는 달리 궤도 공명을 일으키지 않아 조석 가열이 거의 없다. 공전 주기와 자전 주기가 같아 항상 같은 면이 목성을 향하며, 목성 자기권의 영향도 거의 받지 않는다.

칼리스토 표면은 판구조론이나 화산 활동 흔적이 없고, 대부분 충돌 크레이터로 덮여 있다. 주요 지형은 다중 고리 구조, 크레이터, 사슬형 크레이터(카테나), 절벽, 산맥, 퇴적물 등이다. 작은 규모에서는 서리 퇴적물이 고지대를 덮고, 어두운 물질이 주변 저지대를 둘러싼 지형이 보이는데, 이는 작은 지형이 승화로 변형되었기 때문이다. 칼리스토에는 작은 충돌 크레이터가 적고, 대신 작은 언덕들이 많이 남아있다.

4. 1. 구성 성분

4. 2. 내부 구조

4. 3. 표면 지형

• 충돌구가 많은 평원: 표면의 대부분을 차지하며, 얼음과 암석이 섞인 오래된 암권이다.
• 밝은 평원: 아스가르드나 로픈과 같은 밝은 충돌구, 팰름시스트(오래된 충돌구가 지워진 흔적), 다중 고리 구조의 중심부, 충돌구 평원에서 외떨어진 부분들을 포함한다. 운석 충돌로 생긴 퇴적물로 추정된다.
• 밝고 부드러운 평원: 칼리스토 표면의 일부분만을 차지하며, 발할라나 아스가르드 충돌구 평원의 고립된 지역에서 발견된다. 과거에는 내인성 활동과 관련이 있다고 생각되었으나, 고해상도 사진에서는 균열이 많고 울퉁불퉁한 지형과 관련이 있으며 표면이 새로 만들어진 흔적은 발견되지 않았다.^[131]

5. 대기 및 전리층

칼리스토는 매우 희박한 이산화 탄소 대기를 가지고 있다.^[137] 갈릴레오 탐사선의 근적외선 분광 지도작성기(NIMS)가 4.2 µm 대역에서 이 대기가 만들어 낸 파장 흡수를 감지하여 발견했다. 표면 기압은 약 7.5pbar (0.75µPa)로 추정되며, 입자 밀도는 400000000cm³이다. 이 정도로 옅은 대기는 4일 이내로 모두 칼리스토를 탈출하기 때문에, 칼리스토의 얼음 지각에서 천천히 승화되는 이산화 탄소에 의해 지속적으로 보충되고 있다고 여겨진다.^[137]

칼리스토의 전리층은 갈릴레오의 근접 통과를 통해 처음 감지되었다.^[138] 전리층의 전자 밀도는 70000cm³~170000cm³으로 상당히 높은 편인데, 이산화 탄소의 광이온화만으로는 설명될 수 없다. 따라서 칼리스토의 대기층은 산소 분자가 지배적으로 많다고 (이산화 탄소의 양보다 10~100배 정도 많은 양) 의심되고 있다.^[139] 그러나, 산소는 칼리스토의 대기권에서 직접 검출되지는 않았다. 허블 우주 망원경의 관측은 누출량 감지를 통해 산소의 농도 최댓값을 올렸고, 이 값은 아직도 전리층 관측값과 상충하지 않는다.^[140] 허블 우주 망원경은 또한 칼리스토의 표면에 응축되어 있는 산소를 측정하였다.^[141]

6. 기원 및 진화

칼리스토는 목성 형성 후 남은 가스와 먼지로 이루어진 원반에서 느리게 형성된 것으로 추정된다.^[142] 칼리스토의 형성에는 10만~100만 년이 걸렸을 것으로 추정된다.^[142]

칼리스토는 조석 가열이 거의 없었기 때문에, 내부가 빠르게 분화될 만큼 충분한 열을 얻지 못했다.^[143][126] 형성 직후, 방사성 붕괴로 발생한 열은 열전도와 고체/준고체 대류를 통해 표면 근처에서 냉각되었다.^[143] 얼음 속의 준고체 대류는 1년에 약 1 cm 정도 움직이는 느린 과정이지만, 장기적으로는 매우 효과적인 냉각 방법이다.^[144] 칼리스토에서는 외곽의 차갑고 단단한 암석권이 열전도로 열을 전달하고, 그 아래 얼음층은 준고체 대류를 하는 방식으로 진행된다.^[126][144]

칼리스토 내부의 대류는 층을 이루고 있을 가능성이 있는데, 이는 내부 압력이 강해 얼음이 표면의 얼음 Ih부터 중심부의 얼음 VII까지 다양한 형태로 존재하기 때문이다.^[143] 초기 준고체 대류는 대규모 얼음 융해와 핵, 맨틀 분화를 막았지만, 수십억 년에 걸쳐 부분적이고 느린 분리가 진행되었을 수 있으며, 현재도 진행 중일 수 있다.^[145]

현재 이론에 따르면 칼리스토 내부, 깊이 100~200 km 지점에 지하 바다가 존재할 가능성이 있다.^{[143][144][145]} 이는 얼음 Ih의 녹는점이 압력에 따라 낮아지는 특이한 성질 때문이며, 소량의 암모니아 (1~2%)가 존재하면 녹는점이 더 낮아져 바다의 존재 가능성을 더욱 높인다.^[126]

칼리스토는 가니메데와 성질이 비슷하지만, 지질학적 역사는 더 단순하다.^[131] 표면은 주로 운석 충돌과 같은 외인성 작용으로 형성되었으며, 판 구조론 활동의 흔적은 거의 없다.^[120] 이는 가니메데가 더 큰 조석 가열을 받았고,^[147] 후기 대충돌기 때 더 강력한 충돌을 겪었기 때문으로 추정된다.^{[148][149][150]}

7. 생명체 존재 가능성

유로파나 가니메데와 같이, 칼리스토의 지하 바다에도 외계 생명이 존재할 가능성이 제기되고 있다.^[151] 그러나 칼리스토는 내부 열이 약하고 암석질 물질로 전달되는 열량도 부족하여 유로파보다 생명체 존재 가능성이 낮게 평가된다.^[151] 과학자 토렌스 존슨(Torrence Johnson)은 생명체의 기본 재료는 풍부하지만, 칼리스토의 바다는 목성에서 멀리 떨어져 기조력을 받지 않고 방사성 물질로만 데워지기 때문에 에너지원이 부족하다고 지적했다.^[152]

이러한 이유로 갈릴레이 위성 중에서는 유로파에 미생물이 존재할 가능성이 가장 높다고 여겨진다.^[151][153]

8. 탐사

1970년대 초 파이어니어 10호와 11호가 목성에 접근해 칼리스토에 대한 정보를 보내왔으나, 대부분 지구에서 관측하여 이미 알려진 내용이었다.^[154] 1979년 보이저 1호와 2호는 목성을 지나가면서 칼리스토 표면의 절반 이상을 1~2 km 해상도로 촬영하고, 온도, 질량, 형태를 정확히 측정하여 새로운 정보를 제공했다.^[154] 1994년부터 2003년까지 갈릴레오 탐사선은 칼리스토를 8번 근접 통과하며 탐사했는데, 2001년 C30 근접 통과 때는 표면에서 138 km 떨어진 곳을 지났다. 갈릴레오 탐사선은 칼리스토의 표면 지도를 완성하고, 특정 지점을 15 m 해상도로 촬영했다.^[131] 2000년 토성으로 가던 카시니 탐사선은 칼리스토를 포함한 갈릴레이 위성들의 고해상도 적외선 사진을 보내왔다.^[155] 2007년 2~3월, 명왕성으로 향하던 뉴 허라이즌스 탐사선은 칼리스토의 사진을 전송했다.^[156]

칼리스토는 낮은 방사선 강도로 인해, 인류가 장래에 목성계를 탐사할 때 기지를 건설할 최적의 장소로 오랫동안 고려되어 왔다.

8. 1. 과거 탐사

8. 2. 미래 탐사

• 유럽 우주국(ESA)의 목성 얼음 위성 탐사선(JUICE)은 2023년 4월 14일에 발사되었으며, 2031년부터 2034년까지 칼리스토를 21회 근접 통과할 예정이다.^[88][89]
• 미국 항공우주국(NASA)의 유로파 클리퍼는 2024년 10월 14일에 발사될 예정이며, 2030년부터 칼리스토를 9회 근접 통과할 예정이다.^[90]
• 중국 국가항천국(CNSA)의 천문-4호는 2030년경에 목성으로 발사되어 칼리스토 궤도에 진입할 계획이다.^[91][92][93]

8. 3. 과거의 탐사 계획

9. 식민지화 가능성

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