목성의 대적점, 350년간 계속되는 거대 폭풍
지구 두 배 크기의 거대한 반시계방향 폭풍인 목성의 대적점. 1665년 발견된 이후 350년 넘게 지속되는 이 놀라운 현상의 원리, 축소되고 있는 이유, 목성 대기의 독특한 구조와 다른 폭풍들을 알아봅니다. 본문에서 목성의 대적점, 350년간 계속되는 거대 폭풍에 대해서 자세히 살펴보겠습니다.
태양계 최대의 폭풍
목성의 대적점은 태양계에서 가장 유명한 기상 현상으로 지구에서 망원경으로도 관측할 수 있는 거대한 붉은 타원형 폭풍인데, 1665년 이탈리아 천문학자 조반니 카시니가 처음 관측한 이후 350년 넘게 계속되고 있어 태양계에서 가장 오래 지속된 폭풍입니다. 크기가 엄청나서 현재 동서 길이가 약 16,350킬로미터로 지구보다 약 1.3배 크고 남북 길이는 약 13,020킬로미터인데, 과거에는 훨씬 더 컸으며 1800년대 후반 관측 기록에 따르면 동서 길이가 4만 킬로미터가 넘어 지구 세 개를 나란히 놓을 수 있는 크기였습니다. 대적점은 반시계방향으로 회전하는 고기압 소용돌이로 남반구에 위치하며 남위 22도 부근에서 형성되어 있는데, 회전 속도가 시속 400-680킬로미터에 달하고 중심부는 주변보다 온도가 높으며 구름층이 높이 솟아올라 있습니다. 붉은색을 띠는 이유는 오랫동안 미스터리였는데, 최근 연구에 따르면 암모니아와 아세틸렌 같은 화학물질이 태양의 자외선을 받아 복잡한 유기 화합물로 변하면서 붉은색을 띠는 것으로 추정되며, 황 화합물이나 인 화합물도 색깔에 기여할 수 있습니다. 높은 고도에 위치한 구름이 더 많은 자외선을 받아 색이 진해지는데, 대적점의 구름층은 주변보다 약 8킬로미터 높이 솟아 있어 더욱 붉게 보입니다. 대적점이 이렇게 오래 유지되는 이유는 목성의 독특한 대기 구조 때문인데, 목성에는 지구처럼 고체 표면이 없어서 폭풍이 지형에 부딪혀 에너지를 잃지 않고, 적도와 극 사이의 제트 기류가 대적점을 가두어 위치를 고정시키며, 주변의 작은 폭풍을 흡수하여 에너지를 보충합니다.
목성 대기의 구조와 폭풍 생성
목성은 태양계에서 가장 큰 행성으로 지름이 142,984킬로미터이며 질량은 지구의 318배로 태양계 모든 행성을 합친 것보다 2.5배 더 무겁고, 주로 수소와 헬륨으로 구성된 가스 행성입니다. 목성의 대기는 여러 층으로 나뉘는데, 가장 위는 암모니아 얼음 구름층으로 온도가 영하 150도 정도이고, 그 아래는 암모늄 하이드로설파이드 구름층, 더 아래는 물 얼음과 물방울 구름층이 있으며, 깊이 들어갈수록 압력과 온도가 증가하여 수천 킬로미터 깊이에서는 수소가 액체 금속 상태가 됩니다. 목성 표면에는 밝은 띠와 어두운 띠가 교대로 나타나는데, 밝은 띠를 존이라 하고 어두운 띠를 벨트라고 하며, 존은 상승 기류 지역으로 차가운 암모니아 구름이 높이 솟아 밝게 보이고, 벨트는 하강 기류 지역으로 아래의 따뜻한 층이 드러나 어둡게 보입니다. 제트 기류가 존과 벨트의 경계를 따라 흐르는데, 적도에서는 시속 640킬로미터에 달하며 풍속이 지구의 가장 강한 제트 기류보다 10배 빠르고, 제트 기류는 동서 방향으로만 흐르며 남북으로는 거의 이동하지 않아 각 위도가 독립적으로 회전합니다. 목성이 빠르게 자전하기 때문에 대기 순환이 활발한데, 목성의 하루는 약 10시간으로 태양계 행성 중 가장 빠르며, 이 빠른 자전이 코리올리 효과를 극대화하여 동서 방향의 제트 기류를 만들고, 적도와 극의 온도 차이도 대기 순환을 일으키는데 내부 열이 외부로 방출되면서 대류가 발생합니다. 목성은 받는 태양 에너지보다 약 1.7배 많은 에너지를 방출하는데, 이는 행성이 천천히 수축하면서 중력 에너지가 열로 변환되기 때문이며, 이 내부 열원이 대기를 가열하여 강력한 폭풍을 유지시킵니다. 대적점 외에도 목성에는 여러 폭풍이 있는데, 타원형 BA는 흰색 폭풍으로 2000년 세 개의 작은 폭풍이 합쳐져 형성되었고 2006년부터 붉어지기 시작하여 작은 적점이라 불리며, 남북 온대 지역에는 수많은 작은 폭풍들이 있고, 북반구에는 여러 개의 갈색 타원형 폭풍들이 관측되는데 이들은 시계방향으로 회전하는 저기압 소용돌이입니다.
대적점의 변화와 미래
대적점은 점차 축소되고 있는데, 1800년대 후반 관측을 시작한 이래 크기가 계속 줄어들고 있으며, 1979년 보이저 1호가 촬영했을 때 동서 길이가 약 23,000킬로미터였지만 현재는 16,350킬로미터로 약 30% 감소했습니다. 축소 속도도 변하는데, 2012년부터 축소 속도가 빨라져 매년 약 230킬로미터씩 줄어들고 있으며, 이 속도가 계속된다면 수십 년 내에 원형에 가까워질 것입니다. 축소 이유는 명확하지 않은데, 여러 가설이 제안되었습니다. 첫째는 제트 기류 변화로 대적점을 가두는 남북의 제트 기류 위치가 변하면서 폭풍의 크기에 영향을 줄 수 있고, 둘째는 작은 폭풍 흡수 패턴 변화로 과거에는 작은 폭풍을 흡수하여 에너지를 보충했지만 최근에는 흡수하는 폭풍이 줄어들었고, 셋째는 내부 열 방출 변화로 목성 내부에서 방출되는 열의 양이나 분포가 변했을 가능성이 있습니다. 2019년 주노 탐사선의 관측에 따르면 대적점의 뿌리가 생각보다 깊어서 약 300-500킬로미터 깊이까지 뻗어 있는데, 이는 지구 대기권 전체보다 깊으며 단순한 표층 현상이 아니라 목성 대기 순환의 근본적인 부분임을 의미합니다. 색깔도 변하는데, 때로는 진한 붉은색을 띠다가 때로는 연한 주황색으로 변하며, 최근 몇 년간 색이 연해지는 경향이 있고, 이는 구름층의 높이나 화학 조성 변화 때문으로 추정됩니다. 2020년 허블 우주망원경 관측에서 대적점 가장자리가 불안정해지면서 작은 조각들이 떨어져 나가는 모습이 포착되었는데, 이를 플레이크라고 하며 매년 10-15개 정도 발생하고, 이런 현상이 축소를 가속화할 수 있습니다. 대적점이 완전히 사라질까요? 과학자들의 의견은 나뉘는데, 일부는 현재 추세가 계속되면 10-20년 내에 원형으로 변하고 결국 사라질 수 있다고 보지만, 다른 과학자들은 축소가 멈추고 안정화될 것이라 예측하며, 과거에도 크기 변화가 있었지만 사라지지 않았던 점을 근거로 듭니다. 주노 탐사선은 2016년부터 목성을 관측하며 대적점을 여러 차례 근접 통과했는데, 고해상도 이미지와 중력장 데이터를 수집하여 대적점의 3차원 구조를 밝혀냈고, 자기장과 복사 환경도 측정했으며, 2025년까지 임무가 연장되어 계속 관측할 예정입니다. 목성의 대적점은 태양계에서 가장 인상적인 기상 현상으로 350년 넘게 관측되어온 이 거대한 폭풍의 비밀을 완전히 밝히려면 아직 더 많은 연구가 필요하며, 대적점의 운명이 어떻게 될지는 앞으로 수십 년간 지켜봐야 할 것입니다.