[理知논술/교과서로 논술 잡기]과학영역

목성형 행성에 탐사선이 안착할 수 없는 이유는?

주제: 태양계

<제시문 1>

지구를 포함한 태양계 천체들은 지금부터 약 50억 년 전에 거대 성운이 뭉쳐 만들어진 것으로 추측된다. 주위에서 수명을 다한 별이 폭발하면 그 충격으로 거대 성운이 수축하게 되고 일단 수축을 시작한 성운은 자체 중력 때문에 수축 속도가 더욱 빨라지며 천천히 회전하는데, 수축이 심할수록 회전이 빨라져 성운은 중심부가 볼록하게 되고 가장자리는 얇은 원반 모양을 이룬다.

한편 성운이 수축하는 동안 열에너지가 발생해 중심부의 온도가 높아지는데, 온도가 충분히 높아지면 물질이 집중된 중심부에서 태양이 만들어지고. 가장자리인 원반 지역에서는 크고 작은 무수한 미행성체들이 생긴다. 미행성체들을 이루는 물질은 성운의 중심으로부터 거리에 따라 달라진다.

온도가 높은 원시 태양 부근에서는 암석과 철질의 미행성체가 생성되고, 온도가 낮은 바깥쪽에는 가스와 얼음 성분의 미행성체가 생긴다. 그리고 이들 미행성체들은 원시 태양 둘레를 공전하며 서로 충돌하여 파괴되거나 뭉치면서 질량이 큰 원시 행성으로 성장한 것으로 추정된다.[지구과학I, 중앙교육진흥연구소]

태양계 기원에 관한 현대 이론인 ‘성운설’은 일반적으로 가스와 티끌로 이루어진 기체의 덩어리에서부터 시작한다. 태양계 성운이 수축을 시작한 후, 중심부에는 천천히 회전하는 밀도가 큰 핵이 생기는데, 이 핵이 성장하여 원시 태양이 된다.

원시 태양 주위에는 원반형의 원시 행성운이 둘러싸게 되고, 고체 상태의 티끌은 수축하면서 소행성 정도 크기의 덩어리가 된다. 이것을 원시 미행성이라고 하는데, 이들은 다른 덩어리와 충돌하면서 크기가 점점 커지며 자체 중력으로 점점 단단하게 뭉쳐진다.

태양 가까이에서 응집한 행성은 강한 태양 복사로 가벼운 원소나 휘발성이 큰 성분들이 모두 증발해 버린다. 그러나 태양에서 멀리 떨어진 곳에서 생겨난 행성은 약한 태양 에너지와 강한 중력 때문에 수소, 헬륨 등과 같은 가벼운 원소를 그대로 붙잡아 둘 수 있게 되었다. 결국 우리가 오늘날 관측할 수 있는 지구형 행성과 목성형 행성이 보여주는 특징은 태양 에너지량과 행성이 생성된 위치 때문에 만들어진 것이다.

<제시문 2>

태양의 주위를 도는 행성 중 태양에 가까운 수성, 금성, 지구, 화성은 질량과 반지름은 작지만 밀도가 큰 물질로 이루어져 있고, 자전 주기가 1일 이상으로 상대적으로 길며 위성의 수가 적다.

한편, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 질량과 반지름은 크지만 밀도가 작은 물질로 이루어져 있으며 자전 주기가 짧고 많은 위성을 거느리고 있다. 이러한 성질의 차이로 수성, 금성, 지구, 화성을 지구형 행성이라고 하며, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성을 목성형 행성이라 하여 서로 구분하고 있다.

태양계를 구성하는 행성들의 운동은 상당히 많은 공통점을 가지고 있다. 모든 행성들은 태양을 초점으로 하는 거의 원에 가까운 타원궤도를 그리며. 북쪽에서 내려다보았을 때 모두 반시계 방향으로 공전하고 있다. 그리고 자전 방향도 금성과 천왕성을 제외하고는 모두 공전 방향과 같은 방향이다. 또 여러 행성에 속해 있는 위성들도 거의 같은 방향으로 공전하고 있다.[지구과학I, 대한 교과서]

글 싣는 순서(과학)
번호	주제	분류
1	물질대사	생물
2	소음	물리
3	전해질과 이온	화학
4	지각변동	지학
5	순환과 배설	생물
6	힘과 운동	물리
7	산과 염기의 반응	화학
8	날씨의 변화	지학
9	인체와 건강	생물
10	일과 에너지	물리
11	반응 속도	화학
12	해양의 성질	지학
13	자극과 반응	생물
14	전기와 자기	물리
15	공기	화학
16	태양계	지학
17	생식	생물
18	파동과 입자	물리
19	금속의 부식	화학
20	우주	지학
21	생태계와 환경오염	생물
22	에너지의 사용	물리
23	우리 주변의 화합물	화학
24	지구환경의 변화	지학

태양계의 행성 중 태양 가까운 궤도를 가진 수성·금성·지구·화성을 하나의 무리로 한 것을 지구형 행성이라고 한다. 지구형 행성은 그 바깥쪽에 있는 목성형 행성에 비하여 반지름과 질량은 현저하게 작지만, 비중은 목성형 행성이 1 정도라면 지구형 행성은 5 정도가 된다. 이것은 지구형 행성이 목성형 행성보다 밀도가 큰 물질로 구성되어 있음을 뜻한다.

지구형 행성의 대기는 이산화탄소(CO2), 질소(N2), 산소(O2)를 주성분으로 하지만 대기층이 엷고 그중에는 거의 대기를 가지고 있지 않은 수성과 같은 행성도 있으며, 자전 주기는 길고 위성의 수도 적다. 지구형 행성의 조성은 주로 규산염질 암석으로, 중심부는 철과 니켈을 함유하고 있다고 추측된다.

반면 목성, 토성, 천왕성, 해왕성으로 이루어진 목성형 행성은 지구형 행성에 비해 크기와 질량은 상당히 크지만, 수소(H), 헬륨(He) 등과 같은 가벼운 기체들로 조성되어 있다. 그렇기 때문에 목성형 행성은 지구형 행성이 갖고 있는 것과 같은 단단한 표면은 가질 수 없으며, 많은 위성을 가지고 있고 지구형 행성에는 없는 테를 가지고 있다.

※ 교과서 문제 이해하기

지구형 행성의 표면에는 탐사선이 안착할 수 있지만, 목성형 행성에는 탐사선이 안착할 수 없다. 그 이유는 무엇인지 설명해 보자.

※ 통합교과형 문제

(1) 현재 과학자들은 지구와 유사한 행성을 찾기 위해 부단한 노력을 하고 있다. 그동안 과학자들은 생명체가 존재하는‘제2의 지구’가 될 가능성이 있는 천체를 목성형 행성보다는 지구형 행성에서 찾고 있다. 왜 그러한지 그 이유를 서술해 보자.

(2) 만약 ‘제2의 지구’가 될 가능성이 있는 행성이 태양계 생성 과정과 같은 성운설에 근거한다고 가정한다면 어떤 생성 조건을 가져야 하는지 서술해 보자.

☞문제설명과 접근방법, 예시답안은 이지논술 홈페이지(www.easynonsul.com)에 있습니다.

이성은 청솔 아우름 통합논술 강사