목성 옆 네 위성: 이오·유로파·가니메데·칼리스토 관측

발견이 바꾼 생각

1610년 1월 Galileo Galilei는 망원경으로 목성 근처 작은 빛들의 배열이 바뀌는 것을 관찰해 네 동반 천체를 알아냈고 같은 해 《별의 전령》(Sidereus Nuncius)에 발표했습니다. 비슷한 시기 Simon Marius도 관측했으며 오늘 쓰는 신화 이름은 Marius와 Kepler의 제안에 연결됩니다.

모든 천체가 지구만 돈다는 생각에 중요한 반례였습니다. 이오·유로파·가니메데·칼리스토는 목성에서 가까운 순서이며, 목성의 다른 많은 위성은 일반적인 아마추어 장비에는 너무 어둡고 작습니다.

서로 다른 네 박자

• 이오(Io): 약 1.77일 공전, 약 5.0등급이며 강한 화산 활동으로 유명합니다.
• 유로파(Europa): 약 3.55일, 약 5.3등급이며 얼음껍질 아래 바다의 중요한 증거가 있습니다.
• 가니메데(Ganymede): 약 7.15일, 약 4.6등급, 지름 약 5268km로 태양계 최대 위성이며 수성보다 큽니다.
• 칼리스토(Callisto): 약 16.69일, 약 5.7등급으로 네 위성 중 가장 바깥입니다.

밝기는 거리와 조명에 따라 바뀌는 근사 참고입니다. 이오·유로파·가니메데는 약 1:2:4 라플라스 공명으로 연결되어 가니메데 한 바퀴에 유로파 둘·이오 넷이 대응합니다. 이는 특정 궤도 각 조합을 구속하는 것이지 세 위성이 목성 같은 쪽에 절대 놓이지 못한다는 말은 아닙니다.

이오는 빨라 한 시간에도 배열 변화를 볼 수 있습니다. 칼리스토는 그 공명에 속하지 않고 궤도가 멀어, 어떤 시기에는 목성 원반 위아래로 지나 엄폐되지 않을 수도 있습니다.

쌍안경과 망원경으로 볼 때

위성 자체는 비교적 밝지만 목성 눈부심 때문에 맨눈 분리가 어렵습니다. 안정된 7~10배 쌍안경은 좋은 조건에서 점들을 보여 줄 수 있습니다. 삼각대나 안전한 고정 받침으로 흔들림을 줄여야 가까운 점을 나누기 쉽습니다.

보통 둘~넷이 보이고, 하나가 없으면 목성 앞·뒤·그림자 안이거나 다른 위성과 겹쳐 보일 수 있습니다. 궤도가 목성 적도에 가깝고 우리가 옆에서 보는 방향이어서 대체로 한 줄처럼 늘어서지만 매번 정확히 같은 선은 아닙니다.

큰 망원경과 좋은 시상은 작은 위성 원반과 미세한 색 차이를 보여 줄 수 있습니다. 보통 쌍안경에는 점으로 먼저 식별하세요. 충 부근 수개월은 긴 밤 관측에 유리하지만 서울 건물이나 제주 지형을 피하고 목성이 높은 시간을 골라야 합니다.

목성은 약 10시간에 자전하며 위도별 구름의 속도도 다릅니다. 시스템 I은 적도 부근, 시스템 II는 대적반이 있는 위도 등 다른 구름대에 사용합니다. 중앙 자오선 값만으로 대적반 통과 예보가 완성되지는 않으며, 해당 시대 대적반 경도도 필요합니다.

엄폐·식·통과·그림자 통과

엄폐는 위성이 목성 뒤로 숨는 것, 식은 목성 그림자에 들어가 원반 옆에서도 어두워지는 것입니다. 통과는 위성이 목성 앞을 지나 밝은 배경에서 찾기 어려운 경우이며, 그림자 통과는 위성 그림자가 목성 구름 위 검은 점으로 이동하는 현상입니다.

약 6년마다 지구·태양 시선이 목성 적도면 가까운 시기에는 위성끼리의 상호 엄폐·식도 가능합니다. 모든 위성에 동시에 생기는 것은 아니며 정확한 사건과 가시성을 따로 봐야 합니다.

이오의 식은 과학사에도 중요합니다. Ole Rømer는 1676년 지구·목성 거리에 따라 관측 시각이 달라지는 데서 유한한 빛 속도를 이해했습니다. 연간 거리 변화로 광행 시간이 십수분 규모 달라지는 것이지 위성 궤도 법칙이 갑자기 깨지는 것은 아닙니다.