토성(Saturn)

태양계의 9행성 중 태양에서 6번째에 있으며, 목성의 바깥쪽에서 공전하는 행성. 태양으로부터의 평균거리는 9.5549°AU(14억 2,940만km), 공전주기 29.458년, 궤도의 이심률(離心率)은 0.0556, 황도면에 대한 경사각은 2.488°이다.


토성의 적도 반지름은 6만km로 지구의 9.4배, 부피는 지구의 745배이지만 질량은 지구의 95.16배밖에 안 되며, 평균밀도는 0.70, 적도 중력은 지구의 0.95배이다.


목성 다음으로 크고 목성형 행성에 속한다.


극대광도(極大光度)논 -0.5등인데, 고리의 기울기에 의해 충(衝)일 때의 밝기는 약 1등급이나 변화한다.


토성의 적도면은 궤도면에 대해 26.7°기울어 있고, 그 고리도 정확하게 적도면과 일치되어 있다.


표면에는 적도를 따라 짧은 줄무늬가 있다.


자전주기를 구하기는 쉽지 않으나, 10시간 14분(적도 부근) 및 10시간 38분(고위도 지방)으로 측정되는데, 토성으로부터의 전파의 주기 변화에 의해서는 10시간 39.4분이라는 값이 얻어진다.


대기 속에는 분광관측(分光觀測)에 의해 메탄과 암모니아가 존재하는 것으로 알려져 있는데, 암모니아가 목성에 비해 훨씬 적은 것은 토성의 표층이 목성보다 저온이며, 빙결되어 있기 때문인 것으로 생각된다.


토성에 대한 정보는 미국의 행성탐사체 파이어니어 11호(1979), 보이저 1호(1980) · 2호(1982) 등에 의해 얻을 수 있었다.


토성의 본체는 목성과 많이 닮았는데, 표면의 무늬나 와류(渦流) 등은 목성만큼 눈에 띄지 않지만, 보이저의 사진에는 상당히 격렬한 구름의 흐름과 소용돌이가 나타나 있다.


토성의 질량은 목성의 1/3에도 못 미치며, 내부의 온도 · 압력도 상당히 작고 금속상(狀)수소의 중심핵도 작은 것으로 생각된다.


탐사체가 측정한 자기장(磁氣場)이 예상보다 약했던 것도 이를 말해 준다.


다만 토성의 자기권(磁氣園)은 목성에 비해 정돈되어 있으며 자기축도 자전축과 일치한다.


토성의 고리는 1656년 네덜란드의 호이헨스에 의해 확인된 후, 망원경이 발달하면서 점차 상세히 관측되었는데, 바깥쪽부터 A고리, B고리, C고리의 셋으로 나누어져 있음이 밝혀졌다.


B고리가 가장 밝고, A고리가 그 다음이며, C고리는 엷고 반투명하게 보이므로 주름고리라고도 부른다.


1969년에는 가장 안쪽에 D고리가 존재하는 것을 알게 되었다.


A고리와 B고리 사이에는 뚜렷하고 어두운 틈이 있는데 이것을 카시니 간극(間隙)이라고 하고, A고리 속에도 엥케 간극이라는 틈이 있다.


A고리의 바깥쪽 반지름은 토성 반지름의 226배에 달하고, A고리 바깥쪽에서 C고리 안쪽까지의 폭은 합이 6만 3,000km나 된다.


이러한 고리는 토성이 1회 공전하는 동안 점차 그 방향을 바꾸어 가장 기운 상태와 수평 상태가 두 번씩 일어난다.


이들 고리가 토성을 도는 미세한 입자의 무리라는 것이 이론적으로나 분광관측에 의해 확인되었다.


파이어니어 11호는 A고리 바깥쪽에 있는 가느다란 F고리를 발견했고, 보이저 1 · 2호는 바깥쪽에 있는 가느다란 G고리와 엷고 폭넓은 E고리를 확인했다.


또한 A · B · C고리 등이 수천 개에 이르는 가는 고리의 집합이라는 사실도 해명되었으며, 이러한 고리를 만드는 입자도 대개 수cm에서 수m정도의 빙괴(氷塊)임이 밝혀졌다.


토성에는 1655년에 호이헨스가 발견한 타이탄(밝기는 8등급) 외에 8개의 위성이 망원경의 관측으로 발견되었다.


1980년에는 고리가 수평이 되었을 때의 지상관측과 보이저 탐사체의 관측으로 다시 8개가 확인되었다.


태양계 내의 위성 가운데 목성의 가니메데에 이어 2번째로 큰 타이탄(반지름 2,560km)에 관해서는, 대기 속에 메탄이 있음이 지상관측으로 밝혀진 데 이어 보이저 탐사체는 그 대기가 질소를 주성분으로 하며, 표면기압이 1.6atm이나 된다는 것을 밝혔다.


토성의 위성은 모두 밀도가 작고 대부분은 얼음으로 구성된 것이라고 생각된다.


고리의 입자 분포가 위성의 인력에 지배되고 있다는 것은 이전부터 알려져 있었는데, 새로 발견된 작은 위성은 역학적으로 매우 흥미로운 운동을 하고 있다.


2개의 작은 위성이 가는고리 양쪽에 있으면서 고리의 입사를 제어하는「양치기 위성」과, 매우 근접한 궤도를 돌고 있으면서 접근하면 번갈아 궤도를 바꾸어 타는 1쌍의 위성, 다른 위성과 동일 궤도상에서 그 전방 또는 후방 약 60°에 위치해 3체(三體)문제의 이른바 정삼각형해(解)에 해당되는 것도 있다.