목차
● 이오
● 유로파
● 가니메데
● 칼리스토
갈릴레이 위성(Galilean moons)은 1610년 갈릴레오 갈릴레이가 목성 주변에서 발견한 4개의 위성을 뜻합니다. 이들은 목성의 위성 중에서 크기가 큰 천체에 해당되며, 이름은 이오, 에우로페, 가니메데스, 칼리스토 등 제우스의 연인들의 이름을 따서 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토라고 지었습니다. 이 위성들은 태양계에서 태양과 8개의 행성을 제외하면 가장 큰 위성입니다. 현재까지 확인된 그 어떤 왜행성보다 지름이 큽니다. 가니메데, 유로파, 이오, 이 세 개의 위성은 각각 1:2:4의 비율로 궤도 공명을 하면서 공전합니다.
이오
이오(Io)는 목성의 위성 중 하나인데 갈릴레이 위성에 속하는 위성입니다. 지름은 3,642km로 태양계에서 네 번째로 큰 위성이며 목성의 위성중 세 번째로 큽니다. 이 위성의 이름은 그리스 신화에서 제우스의 연인 중 한 명이자 여신 헤라의 여사제인 이오의 이름을 따서 지었습니다.
400개 이상의 활화산을 가진 이오는 태양계에서 지질학적으로 가장 활발하게 움직이는 위성 중 하나입니다. 이오의 극단적인 지질활동은 목성과 다른 갈릴레이 위성인 유로파, 가니메데, 칼리스토가 서로 밀고 당겨서 생기는 조석 가열 때문입니다. 여러 화산들은 표면 위 500km까지 황과 이산화황의 연기를 내뿜고 있습니다. 이오의 표면은 구산염 지각에서 벌어지는 압축에 의하여 생긴 100개 이상의 산이 뒤덮고 있습니다. 그중에 일부는 지구의 에베레스트산보다 큽니다. 이오의 구성은 외태양계에 있는 다른 위성들과는 다릅니다. 외태양계의 위성들은 주로 얼음으로 구성되어 있는데, 이오는 용융 상태의 철과 철 핵을 둘러싸고 있는 규산염 암석으로 이루어져 있으며, 표면은 황과 이산화황의 서리로 뒤덮여 있습니다.
이오의 화산들은 각각 독특한 기능들을 담당하고 있습니다. 화산 폭발로 파편을 날리고 용암을 흐르게 해서 표면을 노란색, 빨간색, 흰색, 검은색, 초록색의 황 화합물로 뒤덮습니다. 광범위한 용암 분출은 500km 범위까지 퍼져나가면서, 표면에 자국을 남깁니다. 화산 활동으로 생성된 물질들은 이오의 표면을 얇게 뒤덮고 얕은 대기를 형성합니다. 일부는 목성의 광범위한 자기권에 들어가기도 합니다. 이오의 화산 분출물들은 목성에 엄청난 크기의 플라즈마 고리를 형성합니다.
이오는 17세기~18세기 천문학 발전에 중요한 역할을 했습니다. 이오는 갈릴레오 갈릴레이가 발견했으며, 유로파, 가니메데, 칼리스토와 함께 묶여 갈릴레이 위성으로 불립니다. 이오의 발견은 코페르니쿠스의 태양중심설을 선택하는 계기가 되었고, 최초의 빛 속도 측정 대상이 되었습니다. 지구에서 이오는 19세기 후반부터 20세기 초까지 극 쪽은 붉고, 적도 쪽은 밝다는 것까지 밝혀졌습니다. 그 후 표면의 대규모 용암 형상을 관측할 수 있게 되었습니다. 1979년 두 대의 보이저 탐사선은 이오가 지질학적으로 활발한 위성임을 밝혀 냈으며, 거대 화산들과 충돌구들이 비정상적으로 젊다는 것도 관측하였습니다. 갈릴레오 호는 1990년도와 2000년도에 이오를 지나면서 관측하였고, 이오의 내부 구성과 표면 조성에 대한 정보를 얻어냈습니다. 또 탐사선들은 이오와 목성의 자기권 사이의 연관관계와 이오 궤도 주변의 방사선 띠의 유무도 밝혀냈습니다. 이오에는 하루에 3600 Rem의 방사선이 들이칩니다.
2000년에 카시니-하위헌스호와 2007년 뉴 허라이즌스호가 목성을 지나치면서 이오를 관측하였으며, 지구의 허블 우주 망원경도 계속해서 이오를 관측하고 있습니다.
2003년 10월 15일 목성 탐사선 주노가 1만 1,645km까지 이오에 접근해 근접비행하면서 촬영한 사진을 지구로 전송하였습니다.
유로파
유로파(Europa)는 목성의 위성 중에 하나로 갈릴레이 위성에 속하는 위성입니다. 유로파는 목성의 위성 중에서 여섯 번째로 목성에 가깝고, 갈릴레이 위성 중 가장 작지만 태양계의 모든 위성 중에는 여섯 번째로 큽니다. 유로파는 1610년 갈릴레오 갈릴레이에 의해 세 개의 다른 위성들인 이오, 가니메데, 칼리스토와 함께 발견되었습니다. 이오는 1610년 1월 7일 갈릴레오 갈릴레이가 파도바 대학교에서 굴절 망원경을 사용해 발견했습니다. 하지만 갈릴레오의 망원경 성능 문제로, 이오와 유로파는 서로 떨어져 있는 것처럼 보이지 않고, 하나의 점이 있는 것처럼 기록되었습니다. 이오와 유로파가 처음 분리되어 보인 것은 바로 다음날 1610년 1월 8일이었습니다. 국제천문연맹에서 이 날짜를 유로파의 발견일로 지정하였습니다.
유로파의 크기는 달보다 약간 작습니다. 유로파는 주로 규산염으로 구성되어 있고 중심부는 철로 이루어져 있을 것으로 추측되며, 산소로 이루어져 있는 옅은 대기권도 가지고 있습니다. 표면에는 충돌구가 드문 반면에 선 모양의 표면 균열이 많이 보입니다. 유로파의 표면은 얼음으로 구성되어 있고, 이러한 이유로 유로파는 태양계의 지구형 천체 중에서 가장 매끄러운 표면을 가지고 있습니다. 표면이 매끄럽다는 점에서 볼 때, 유로파에 지하 바다가 존재하는 것으로 추측되고 있으며, 바다가 존재한다면 이 바다에 외계 생물이 서식할 수도 있다고 추측합니다. 조석 가속으로 인하여 열이 발생하고 이 열로 인하여 내부의 얼음이 녹으면서 지하 바다를 만들고, 얼음이 판과 유사한 활동을 한다고도 예측되고 있습니다. 2014년 9월 8일 NASA는 지구가 아닌 다른 세계, 즉 유로파에서 판 활동이 일어난다는 이전의 이론을 증명하는 첫 번째 증거를 찾아 발표했습니다. 2015년 5월 12일 과학자들은 지하 바다에서 올라오는 염류가 표면과의 상호작용을 일으키며 유로파의 표면에 영향을 줄 수도 있다고 발표하였습니다. 이는 유로파에 생명체가 살고 있는지를 결정하는 중요한 요소로 작용할 수 있습니다.
2013년 12월 NASA는 허블 우주 망원경의 연구를 토대로, 토성의 위성인 엔셀라두스에서 발견된 것과 비슷한 수증기 기둥을 유로파에서 발견하였다고 발표하였습니다. 또 유로파의 표면에서 유기물질과 관계가 있는 점토광물이 발견되었다고 발표하였습니다.
1989년에 발사된 갈릴레오 탐사선은 유로파에 대한 많은 양의 정보를 전송해 주었습니다. 어떤 탐사선도 유로파에 착륙하지는 않았지만, 연구할만한 가치가 충분한 곳이기 때문에 지속적인 유로파 탐사 계획이 진행 중에 있습니다.
가니메데
가니메데(Ganymede)는 목성의 위성으로, 태양계의 위성들 중에서 가장 밝고 큽니다. 목성에서 평균 거리 순으로는 일곱 번째고, 갈릴레이 위성 중에서는 세 번째에 위치하고 있습니다. 공전주기는 약 7일이고, 유로파와는 2:1, 이오와는 4:1의 궤도 공명을 일으킵니다. 가니메데는 지름 5,262km로 행성인 수성보다 약 8% 길지만, 질량은 45%에 불과하고 이것은 달의 2배입니다. 태양계의 위성 중에서 두 번째로 큰 토성의 위성 타이탄보다 지름은 2% 더 크고, 질량은 10% 더 무겁습니다. 지구의 달과 비교하면 지름은 51% 더 크고, 질량은 2.02배입니다.
가니메데의 표면은 두 부분으로 나뉩니다. 어두운 부분은 약 40억 년 전에 생긴 충돌구와 함께 위성 표면의 3분의 1 가량을 덮고 있습니다. 그보다 덜 오래된 듯한 광범위한 균열과 능선이 가로지르고 있는 밝은 부분이 나머지 부분을 덮고 있습니다. 밝은 지역의 균열과 능선의 원인은 밝혀지지 않았지만, 조석 가열에 의한 판의 이동 때문이라고 여겨지고 있습니다.
가니메데는 갈릴레오 갈릴레이가 1610년 1월 7일에 처음으로 발견하였습니다. 위성의 이름은 천문학자인 시몬 마리우스가 제안하였습니다. 가니메데의 어원은 그리스 신화에서 그리스 신들의 술시중을 들었던 인물이자 제우스가 연정을 품었던 가니메데스입니다. 파이어니어 10호 이후로 탐사선들이 가니메데를 자세하게 관찰하였습니다. 보이저호는 행성의 크기를 새롭게 측정하였으며, 갈릴레오 호는 자기장과 지하바다를 발견하였습니다. 목성의 다른 탐사 계획은 2023년 4월 14일에 발사된 유럽우주국의 목성 얼음 위성 탐사선이 있습니다. 이 탐사선은 갈릴레이 위성 중 세 개의 얼음 위성을 접근, 통과하며 감속한 후에 2034년 가니메데의 선회 궤도에 진입할 예정입니다.
칼리스토
칼리스토(Callisto)는 목성의 위성으로 태양계에서 세 번째로 큰 위성이고, 목성의 위성중 가니메데 다음으로 큰 위성입니다. 행성 분화율은 태양계에서 제일 낮습니다. 칼리스토의 지름은 4,821km이고, 수성의 99%의 크기에 달하지만 질량은 3분의 1밖에 되지 않습니다. 궤도 반경은 1,880,000km이고, 갈릴레이 위성 중 목성으로부터 가장 멀리 떨어져 있습니다. 칼리스토는 내부 갈릴레이 위성인 이오, 유로파, 가니메데와 궤도 공명을 일으키지 않으며 고석가열의 정도가 약합니다. 칼리스토는 목성에 조석 고정되어 있기 때문에 항상 같은 면만 목성을 바라보게 됩니다. 칼리스토는 다른 목성의 위성들에 비하면 자기권이 약한데 이유는 목성의 방사선대에서 멀리 떨어져 있기 때문입니다.
칼리스토의 표면은 태양계에서 가장 오래되었으며 충돌구가 가장 많이 존재합니다. 또 판이나 화산 같은 어떠한 지질학적 활동도 보여주지 않고 이런 활동들이 일어난 흔적도 없고 표면은 주로 충돌을 통하여 변해 왔다고 추측합니다. 표면의 주요 구조물로는 다환 충돌구, 다양한 형태의 충돌구, 사슬형 충돌구, 그리고 이런 충돌이 빚어낸 산등성이, 단애, 퇴적지형이 있습니다. 작은 규모에서 보자면 서리로 덮여 밝게 빛나는 돌출된 지형과 그 주변을 덮은 어둡고 부드러운 퇴적층으로 구분됩니다. 이것은 승화가 촉진한 풍화 작용이 작은 충돌구를 없애고 그 결과로 수많은 돌출 지형을 남긴 것으로 보입니다. 이 지형들의 정확한 연대는 아직 알려지지 않았습니다.