야누스 (위성)
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1. 개요
야누스는 토성의 위성으로, 두 개의 위성이 궤도를 공유하는 독특한 특징을 가지고 있다. 1966년에 발견되었으며, 에피메테우스와 함께 같은 궤도를 공유하여 천문학자들에게 혼란을 주었으나, 궤도 교환 현상을 통해 두 위성이 안정적으로 공전하는 것으로 밝혀졌다. 야누스는 다수의 크레이터로 덮여 있으며, 낮은 밀도와 높은 반사율로 얼음과 암석 잔해로 이루어진 것으로 추정된다. 또한, 야누스와 에피메테우스는 토성의 A 고리 바깥쪽 가장자리를 유지하는 데 기여하며, 궤도 구역에 먼지 고리를 형성한다.
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| 야누스 (위성) | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 별칭 | Saturn X S 10 S/1966 S 2 S/1979 S 2 S/1980 S 1 S/1980 S 2 |
| 명칭 유래 | 야누스 신 |
| 형용사 | 야누스인 (Janian) |
| 궤도 특성 | 공전 에피메테우스와 공유 |
| 발견 | |
| 발견자 | 오됭 돌퓌스 |
| 발견일 | 1966년 12월 15일 |
| 임시 명칭 | Saturn X |
| 궤도 정보 | |
| 모행성 | 토성 |
| 궤도 반지름 | 151,460 ± 10 km |
| 이심률 | 0.0068 |
| 공전 주기 | 0.694660342일 (16시간 40분 18초) |
| 궤도 경사 | 0.163° ± 0.004° (토성의 적도 기준) |
| 근일점 인수 | 16.012° |
| 승교점 경도 | 154.175° |
| 평균 근점 | 17.342° |
| 물리적 특성 | |
| 크기 | 203.4 × 185.8 × 149.0 km (± 1.8 × 0.6 × 0.6 km) |
| 평균 지름 | 178.0 ± 1.0 km |
| 질량 | 1.89388 ± 0.00028 × 10^18 kg |
| 밀도 | 0.6413 ± 0.0002 g/cm³ |
| 표면 중력 | 0.0111 ~ 0.0169 m/s² |
| 탈출 속도 | 가장 긴 축에서 0.1017 km/s ~ 극지방에서 0.0745 km/s |
| 자전 | 동기 |
| 자전축 기울기 | 0도 |
| 알베도 | 0.71 ± 0.02 (기하 알베도) |
| 표면 온도 | 76 K |
2. 발견과 궤도
야누스는 에피메테우스와 같은 궤도를 공유한다. 1966년 야누스가 처음 발견된 이후, 천문학자들은 이 궤도에 하나의 천체만 있을 것이라고 생각했기 때문에 혼란을 겪었다. 오랜 연구 끝에 두 개의 서로 다른 천체를 단일 천체로 오인하여 관측하면서 혼선이 발생했음이 밝혀졌다.
19세기 말, 미국의 천문학자 윌리엄 헨리 피커링(William Henry Pickering)은 9번째 위성 페베를 발견했지만, 곧 자신이 촬영한 사진 건판에서 새로운 위성을 발견했다고 주장하며, 테미스라고 명명했다. 그러나 이후 아무도 테미스를 확인할 수 없었다. 따라서 테미스는 피커링의 오보였던 것으로 여겨진다.
60년 후인 1966년 12월 15일, 프랑스의 천문학자 오두앵 돌퓌스(Audouin Dollfus)에 의해 야누스가 발견되었다. 처음에는 테미스의 재발견으로 여겨졌지만 전혀 다른 위성이었고, 돌퓌스는 야누스라는 명칭을 제안했다. 그러나 야누스 또한 테미스와 마찬가지로, 같은 해 리처드 워커(Richard Walker) 등의 보고를 제외하고는 그 후 아무도 확인할 수 없어, 다시 한번 幻의 위성인가 하는 비관적인 견해가 강해졌다. 워커 등이 보고한 것은 야누스와 공전 궤도를 공유하는 다른 위성이었던 것이 나중에 밝혀졌으며, 에피메테우스라고 명명되었다.
2. 1. 초기 발견
오두앵 돌푸스(Audouin Dollfus)가 1966년 12월 15일에 야누스를 처음 발견한 것으로 여겨지며, 새로운 천체는 임시로 '''S/1966 S 2'''라는 이름을 부여받았다. 이전에 장 텍세로(Jean Texereau)가 1966년 10월 29일에 야누스의 사진을 찍었지만 스스로는 그 사실을 인식하지 못했다. 12월 18일에는 리차드 워커(Richard Walker)가 비슷한 관측을 통해 야누스와 같은 궤도에 있는 에피메테우스를 발견하였다.1978년 10월, 스티븐 M. 라슨(Stephen M. Larson)과 존 W. 폰테인(John W. Fountain)은 1966년의 관측 결과가 매우 유사한 궤도를 공유하는 두 개의 별개 천체(야누스와 에피메테우스)에 의해 가장 잘 설명된다는 것을 알아냈다. 1980년에는 보이저 1호(Voyager 1)가 그것을 실제로 확인했다.
야누스는 이후에도 계속 관찰되었고, 다른 임시 명칭이 주어졌다. 1979년 9월 1일에 파이어니어 11호(Pioneer 11)가 토성을 통과하였을 때는 '''S/1979 S 2'''로 불렸다. 1980년 2월 19일, 댄 파스쿠(Dan Pascu)에 의해서 관측되기도 했고('''S/1980 S 1'''), 스티븐 M. 라슨(Stephen M. Larson), 존 W. 폰테인(John W. Fountain), 해럴드 J. 레잇시마(Harold J. Reitsema), 브래드퍼드 A. 스미스(Bradford A. Smith)에 의해서도 관측되었다('''S/1980 S 2''').
2. 2. 추가 관측 및 혼란
야누스는 에피메테우스와 같은 궤도를 공유하는데, 이는 오랫동안 천문학자들에게 혼란을 야기했다. 그 이유는 해당 궤도에 하나의 천체만 존재할 것이라고 생각했기 때문이다. 결국 두 개의 서로 다른 천체를 단일 천체로 오인하여 관측하면서 혼선이 발생했음이 밝혀졌다.이후 야누스는 계속 관측되었고, 여러 임시 명칭이 부여되었다. 1979년 9월 1일, 파이어니어 11호(Pioneer 11)가 토성을 통과할 때 야누스의 그림자를 관측하여 '''S/1979 S 2'''라는 임시 명칭을 부여받았다. 1980년 2월 19일에는 댄 파스쿠(Dan Pascu)가 야누스를 관측하여 '''S/1980 S 1'''이라는 임시 명칭을 부여받았고, 1980년 2월 23일에는 스티븐 M. 라슨, 존 W. 폰테인, 해럴드 J. 레잇시마(Harold J. Reitsema), 브래드퍼드 A. 스미스(Bradford A. Smith)가 야누스를 관측하여 '''S/1980 S 2'''라는 임시 명칭을 부여받았다. 이러한 관측들을 통해 야누스와 에피메테우스가 같은 궤도를 공유하는 두 개의 다른 천체임이 명확해졌다.
2. 3. 궤도 공유 및 교환
에피메테우스와 야누스는 거의 같은 궤도를 공유하며, 약 4년마다 서로 궤도를 교환한다. 이는 태양계에서 유일하게 알려진 현상이다. 궤도 교환 시 야누스의 궤도 반지름은 약 20km, 에피메테우스는 약 80km 변한다. 이러한 궤도 관계는 1:1 평균 운동 공명으로 설명될 수 있으며, 두 위성이 충돌하지 않고 안정적으로 토성 주위를 공전할 수 있게 한다.
야누스와 에피메테우스의 궤도 반지름 차이는 2006년 기준 50km에 불과했다. 케플러의 행성 운동 법칙에 따라 궤도가 짧을수록 공전 속도가 빠르기 때문에, 안쪽 궤도를 도는 야누스는 바깥쪽 궤도의 에피메테우스보다 공전 주기가 약 30초 짧았다. 이로 인해 야누스는 매일 에피메테우스보다 약 0.25°씩 더 멀리 이동한다.
야누스가 에피메테우스를 따라잡으면 두 위성 사이의 중력적 인력이 작용하여, 야누스는 운동량을 얻어 궤도 반지름이 약 20km 증가하고 공전 주기가 길어진다. 반대로 에피메테우스는 운동량을 잃어 궤도 반지름이 약 80km 감소하고 공전 주기가 짧아진다. 이 과정에서 두 위성은 서로의 궤도를 바꾸지만, 10,000km 이내로 접근하지는 않는다. 에피메테우스의 질량이 야누스보다 약 4배 크기 때문에 궤도 변화는 야누스보다 작다.
이러한 궤도 교환은 2006년 1월, 2010년, 2014년, 2018년, 2022년에 발생했으며, 다음 근접 접근은 2026년에 예상된다.
3. 명칭
이 위성은 로마 신화의 두 얼굴을 가진 신인 야누스의 이름을 따서 명명되었다. 1966년 발견 직후 이 이름이 비공식적으로 제안되었지만, 1983년에 에피메테우스와 함께 공식적으로 명명되었다. 옥스포드 영어사전에 따르면, 위성 이름 야누스의 형용사형은 'Janian'이다.
4. 물리적 특징
야누스는 직경 30km가 넘는 크레이터를 다수 포함하여 매우 많은 크레이터로 덮여 있지만, 선형 지형은 거의 없다. 야누스의 표면은 프로메테우스보다는 오래되었지만 판도라보다는 젊은 것으로 보인다. 매우 낮은 밀도와 상대적으로 높은 반사율을 가지고 있어, 다공성의 얼음으로 덮인 러블 파일 천체일 가능성이 높다.
야누스의 표면에는 화성의 위성 포보스에서 볼 수 있는 여러 개의 고랑(groove)이 발견되었는데, 이는 가벼운 충돌을 경험했음을 시사한다. 야누스와 에피메테우스는 공통의 모천체 파괴로 형성되었다는 견해가 있다. 만약 이것이 사실이라면, 파괴는 행성·위성 형성의 초기 단계에서 발생했을 것이다. 이는 표면의 크레이터에서 추정되는 야누스와 에피메테우스의 표면이 매우 오래되었다는 것이 근거이다.
천체의 대부분은 얼음으로 이루어져 있다고 생각되지만, 야누스의 평균 밀도는 0.63g/cm3이며, 이는 얼음의 밀도보다 낮다. 따라서 야누스는 충돌로 발생한 파편이 중력으로 느슨하게 모여서 생긴 러블 파일 천체라고 생각된다. 알베도가 매우 높은 값인 것도 이 천체의 주성분이 얼음임을 뒷받침한다.
4. 1. 크레이터
야누스의 크레이터는 에피메테우스의 크레이터와 마찬가지로 카스토르와 폴룩스 신화의 등장인물 이름을 따서 명명되었다.[4]| 이름 | 그리스어 |
|---|---|
| 카스토르 (Castor) | Κάστωρ |
| 이다스 (Idas) | Ἴδας |
| 메세니아의 린케우스 (Lynceus of Messenia) | Λυγκεύς |
| 메세니아의 포이베 (Phoebe of Messenia) | Φοίβη |
야누스의 표면은 많은 크레이터로 덮여 있으며, 그중 일부는 지름이 30km를 넘는다. 주요 크레이터에는 카스토르(Castor), 포이베(Phoebe), 이다스(Idas), 린케우스(Lynceus)라는 이름이 붙여졌다.
5. 고리와의 상호작용
카시니 호가 2006년에 촬영한 사진을 통해 야누스와 에피메테우스 궤도 부근에 얇은 먼지 고리가 존재한다는 것이 확인되었다. 이 고리는 폭이 약 5000km이며, 위성 표면 충돌로 인해 발생한 물질들로 구성되어 있다.[4]
야누스와 에피메테우스는 A 고리의 바깥쪽 가장자리를 유지하는 데 기여하는 목자 위성 역할을 한다. 특히 질량이 더 큰 야누스가 내부 궤도에 있을 때 A 고리의 경계를 유지하는 효과가 더 크다.
6. 소설 속 야누스
참조
[1]
OED
Janus
[2]
웹사이트
Cassini Equinox Mission: Janus
https://web.archive.[...]
2008
[3]
서적
The gates of Janus
1919
[4]
웹사이트
Janus nomenclature
https://web.archive.[...]
[5]
서적
オックスフォード天文学辞典
朝倉書店
[6]
웹사이트
衛星日本語表記索引
http://planetary.jp/[...]
日本惑星協会
2019-03-09
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