태양계-목성Ⅰ

태양계에서 가장 큰 행성. 질량은 태양계의 나머지 행성들을 모두 합친 것보다 크다. 천문학자들은 목성을 거대 기체 행성이라고 부르는데, 구성 성분이 대부분 수소와 헬륨으로 이루어져 있고, 딱딱한 표면이 없기 때문이다. 영어로는 주피터라고 하는데, 로마 신화에 나오는 신들은 왕의 이름에서 딴 것이다. 목성은 밤하늘에서 아주 밝게 빛나는 천체 중 하나이다. 목성보다 더 밝게 빛나는 천체는 달과 금성뿐이다. 맨눈으로 볼 때 목성은 옅은 주황색으로 빛나지만, 망원경으로 보거나 우주탐사선이 촬영한 사진을 보면 소용돌이치는 갈색, 주황색, 흰색, 노란색 구름으로 덮여 있는 공처럼 보인다. 목성 주위에는 지름이 10km 이상인 위성이 16개 돌고 있고, 그것보다 작은 위성도 수십 개나 있다. 먼지 입자들로 이루어진 희미한 고리도 4개가 있다. 목성은 강한 자기장도 가지고 있다. 목성의 자기장은 넓은 우주 공간으로 뻗어 있는데, 이 영역을 자기권이라고 한다. 천문학자들은 목성과 그 고리, 위성과 자기권을 모두 뭉뚱그려 목성계라고 부르기도 한다.
오늘은 목성의 특징을 살펴보자.
천문학자들은 망원경과 우주탐사선으로 관찰한 자료를 바탕으로 목성의 특징을 알아내고, 그 특징들을 분석하여 목성의 구조와 기원을 알아낸다. 목성은 원에 가까운 타원궤도를 그리면서 태양 주위를 돈다. 목성은 원에 가까운 타원궤도를 그리면서 태양 주위를 돈다. 목성의 궤도는 지구 궤도보다 태양에서 다섯 배 멀리 떨어져 있다. 태양에서의 평균 거리는 약 7억7857만 km이다. 목성의 궤도는 황도면에서 약 1.3º 기울어져 있다. 태양 주위를 한 바퀴 도는 데에는 약 12년이 걸린다. 목성이 한 바퀴 자전하는 데 걸리는 시간은 9시간 55분으로, 행성들 중에서 가장 빠르다. 목성은 이처럼 아주 빠른 속도로 회전하기 떄문에 적도 부근에 불룩 튀어나와 있다. 적도 주위의 지금은 14만 2984km인데 비해 지리적 양 극점 사이의 거리는 13만3708km에 불과하다. 목성의 자전축은 지구와 마찬가지로 공전 궤도면에 대해 직각이 아니라, 수직 방향에서 3.1º 기울어져 있다. 자전축의 기울기와 공전 운동 때문에 목성에도 지구처럼 계절의 변화가 나타난다.
목성의 질량은 지구보다 약 318배나 크지만, 태양에 비하면 1/1,000에 불과하다. 평균밀도는 상온에서 물의 1.33배로, 지구에 비해 훨씬 낮다. 밀도가 이렇게 낮은 것은 목성이 암석이 아니라 가벼운 원소들로 이루어져 있음을 나타낸다. 
목성의 화학적 조성은 태양과 비슷하다. 목성은 주로 수소와 헬륨으로 이루어져 있다. 그 밖에 산소. 탄소, 질소, 황을 비롯해 더 무거운 원소들도 소량 존재한다. 대기 중의 원소들은 대부분 분자의 형태로 존재한다. 목성의 대기에서 발견된 분자들로는 수소, 암모니아, 메테인, 황화수소, 에테인, 아세틸렌, 에틸렌, 사이안화수소, 수증기, 그리고 그 밖의 화합물들이 있다. 목성의 대기에서 헬륨은 독립적인 원자 상태로 존재한다. 
목성은 태양에서 멀리 떨어져 있기 때문에 지구보다 훨씬 춥다. 천문학자들은 행성의 온도를 알아내기 위해 그 행성에서 복사되는 에너지를 측정한다. 일정 기간에 전달되는 에너지의 양을 일률(power)이라고 한다. 지구가 복사하는 일률은 태양에서 흡수하는 일률과 같다. 그런데 목성이 복사하는 일률은 태양에서 흡수하는 일률보다 두 배나 많다. 이것은 목성의 에너지 중 일부가 태양이 아닌 다른 곳에서 발생한다는 것을 의미한다. 그 에너지는 목성이 생성될 때 발생한 열이 남은 것일지도 모른다. 또는 중력의 영향으로 서서히 수축하는 과정에서 발생하는 열일 수도 있다. 이처럼 목성은 자체 에너지를 일부 방출하고 있지만, 내부에서 핵반응이 일어나는 것은 아니기 때문에 별이라고 할 수는 없다. 한 행성이 복사하는 전체 일률을 측정함으로써 그 유효온도를 알아낼 수 있다. 목성의 유효온도는 -108ºC로, 지구보다 훨씬 낮다.
목성의 자기장은 주로 쌍극자장이다. 즉, 막대자석의 양극처럼 자북극과 자남극이 있다. 물리학자들은 그러한 자기장의 전체 세기를 자기쌍극자모멘트라는 물리량으로 측정한다. 목성의 자기쌍극자모멘트는 지구에 비해 약 2만배나 강하다. 목성의 자기장은 지구 자기장과 마찬가지로 자전축에서 약 10º 기울어져 있다. 목성의 자북극과 자남극은 지구하고는 방향이 반대이다. 그래서 지구에서는 나침반 바늘이 북쪽을 가리키지만 목성에서는 남쪽을 가리킨다. 목성의 자기장은 전자나 이온(전하를 띤 원자나 원자단)과 같은 대전입자들을 붙든다. 그 결과, 자기권에는 뜨겁고 밀도가 낮은 플라스마가 존재하게 된다. 이 플라스마는 적도 근처에 얇은 원반 모양으로 모여 있는데, 목성의 위성들, 그중에서도 특히 이오에서 날아온 입자들로 이루어져 있다. 이오에는 활화산들이 있어 자기권으로 많은 양의 황과 산소를 방출한다. 뜨거운 플라스마는 목성계에서 활동하는 우주탐사선의 광학 장비나 전자 장비에 손상을 입힐 수 있다. 자기권은 또한 목성계 주위로 지나가는 태양풍의 흐름을 구부러뜨린다. 
지구에서 망원경으로 보면 목성의 자기권에서 빛을 내는 이온들을 볼 수 있다. 이온들은 또 양극 근처의 대기권으로 들어갈 때 눈에 보이는 어떤 효과를 나타낸다. 대전입자들과 대기 사이에 충돌이 일어나면서 밝은 띠나 리본 모양의 빛이 나타나는데, 이것을 오로라라고 한다. 목성의 오로라는 태양계의 다른 행성에서 나타나는 것보다 훨씬 밝게 빛난다.
1955년에 천문학자들은 목성에서 방출되는 전파를 발견하여 목성에 자기장이 있다는 것을 알아냈다. 방출된 전파는 목성의 자기장이 있다는 것을 알아냈다. 방출된 전파는 목성의 자기장 내에서 전자가 움직이면서 나온 것이었다. 전자 중 일부는 빠른 속도로 나선을 그리며 자기장 속을 지나간다. 이렇게 움직이는 전자는 싱크로트론복사라는 과정을 통해 전파를 방출한다. 그 밖에 이오와 목성 사이에서 움직이는 전자나 목성 대기의 원자 내부에서 움직이는 전자에서도 전파가 방출된다. 목성에서 방출되는 전파의 세기는 9시간 55분을 주기로 반복되는 양상을 보인다. 천문학자들은 목성의 자기장이 한 바퀴 회전하는 데 그만큼의 시간이 걸린다고 생각한다. 목성에는 자전 운동을 측정할 기준으로 삼을 만한 딱딱한 지형지물이 없기 때문에, 천문학자들은 이 값을 목성의 자전 주기로 사용한다.