[천문학] 아름다운 띠를 가진 토성

토성은 태양계로부터 여섯번째 거리의 별이며 진성으로도 불렸다. 태양계 내의 행성 중 목성 다음으로 크며, 지름은 약 12만 km로 지구의 9.1배이며 부피는 760배이다. 이에 비해 질량은 지구의 95배 밖에 안되기 때문에 토성의 평균 밀도는 0.71g에 지나지 않는다.
그리고 토성의 표면 중력은 지구와 비슷하다. 토성은 목성 천왕성 해왕성과 함께 가스행성으로 분류된다.

서양의 명칭은 신 시투르누스를 따 이름지었다. 영어에서 토요일을 나타내는 Saturday도 여기서 나왔는데, 이는 그리스 신화에서의 아버지인 크로노스 바빌로니아에서는 나누르타에 해당된다. 토성의 호는 신의 낫을 나타낸다.

태양계 행성 중 밀도가 가장 낮으며 자전속도는 지구의 두 배 이상 빠른 관계로 원심력의 이탈력도 적도부분이 매우 강하며, 큰 태와 작은 얼음 태가 위도에 따라 달리 돌고 있음을 알 수 있다. 양극은 회전 타원 형태로 눌려 있다.
토성의 양극 반지름과 적도 반지름은 대략 10%정도 차이가 나는데 극에서 54,364km에 반 해 적도 반지름은 60,268km에 이른다. 다른 가스 행성들도 찌그러진 것은 마찬가지이나 토성처럼 심한 것은 없다.

토성의 질량은 지구의 95배 정도이다. (목성의 질량은 지구의 318배에 이르지만 반지름은 토성보다 1.2배 더 크다) 구체적으로 암석물질로 이루저진 핵 위를 수소와 헬륨으로 둘러싸고 있을 것으로 보인다.
암석 핵은 지구의 물질 조성과 비슷하나 밀도는 더 높다.
핵을 금속 수소의 두꺼운 층이 둘러싸고 있으며 그 위는 액체수소 밑은 헬륨의 층이 있다.
토성의 중심부는 섭씨 11,700도로 매우 뜨거우며, 외곽에도 뜨거운 물이 수백군데에서 수증기를 뿜어 내고 있어 적도선 근방은 수증기가 상승하면서 얼음으로 굳으면서 원심력의 이탈로 태를 만들어 간다.
양극면의 이탈한 얼음은 구체의 중력으로 낙하하므로 적도선상과 양극 반지름의 차가 클 수 밖에 없는 것으로 상상된다.
대기는 목성과 마찬가지로 수소와 헬륨이 거의 전부를 이루고 있다. 조성 비율은 수고 93.2%에 헬륨 6.7%정도이다. 이 외에도 암모니아 아세탈렌, 에테인, 인화수소와 메테인 성분도 적은 분량이지만 검출된다.
토성의 내부는 중간부분만 고체로 이루어져 있고 나머지는 압축된 헬륨과 수소로 이루어진 것으로 추측된다. 토성은 목성과 약 14억km 떨어져 있으며, 평균온도는 약 섭씨 -145도 정도이다.
토성 표면에도 목성과 비슷한 가로줄 무늬와 반점이 있다. 이것은 자전주기가 빨라서 대기의 원심력에 의한 이탈력 때문에 나타나는 것이다. 공전궤도 평균속도는 9.69km/s로 지구시간으로 태양을 1회 공전 하는 데에는 10,759일(29.5년)이 걸린다. 궤도 경사각은 지구 공전면에 대해 2.48도 기울어져 있다.
이심률이 0.056이기 때문에 토성과 태양사이가 가까울 때와 멀어 졌을 때의 차이가 약 1억 5,50만km의 차이가 생긴다. 공전 궤도를 자전하는 각도는 27도이다. 또한 공전하기 때문에 지구처럼 계절이 있다. 지구에서 봤을 때 대략 30년을 기준으로 고리의 모양이 바뀌는 것이다.
고리의 평면 모양이 태양과 일치할 때 우리의 시각에서는 토성의 고리가 보이지 않는다. 한 주기에 두 번, 약 15년에 한 번씩 일어난다.

토성의 자전주기는 일정하지 않고 조금 빠를 때와 늦을 때가 있다. 2007년 토성의 정확한 자전주기가 발표되었는데, 이 값은 보이저 호 파이오니어 탐사선과 카시니 호가 수집한 자료들을 수집하여 낸 수치로 구체적으로 10시간 32분 35초라 한다.
그러나 나의 생각은 태양과의 거리와 태양 자전의 위도로 인하여 자전이 늦고 빠름이 생기는 원인으로 상상한다.
우주선으로 관측한 토성의 고리는 수 많은 얇은 고리들로 이루어져 있고, 이 고리들은 레코드 판처럼 곱게 나열되어 있다. 토성의 고리는 적도 면에 자리 잡고 있으며, 토성 표면에 약 7만 내지 14억km 까지 분포하고 있다. 토성의 고리는 아주 작은 알갱이 크기부터 기차만한 크기의 얼음으로 이루어져 있다.

많은 천문학자들은 토성이 생성된 뒤 남은 물질이 고리로 이루어진 것으로 추측하고 있었으나, 성운에서 고리가 생성되었다고 보는 것이 옳을 것이며 이것은 토성의 원심력에 의한 이탈과 수증기의 빙체라야 이론상 맞는 것이다.
토성의 위성은 목성 다음으로 많이 가지고 있으나 대부분이 얼음덩어리며, 그 중 암석을 동반한 빙체도 있다.
현재 확인된 위성이 60여 개 있으나 공식적으로 이름이 붙여진 위성은 53개이다.
토성에는 태양계에서 두 번째로 커다란 위성인 타이탄을 가지고 있다.
타이탄은 지름이 5,159km, 질량이 약 1.37X10^23kg으로 태양의 위성 중 목성의 가니메대 위성 다음으로 크며, 표면 중력이 약함에도 불구하고 온도가 낮아(약 섭씨-180도) 짙은 대기를 가지고 있는데, 1944년 천문학자 카이퍼는 타이탄의 대기에 매탄이 포함되어 있다는 것을 발견했다.
타이탄의 대기는 대부분 질소로 이루어져 있으며, 매탄과 아르곤 그리고 미량의 수소분자 일산화탄소 등이 존재한다.
토성의 다른 위성보다 10~15배 이상 밝은 이아페투스 위성의 표면은 온통 밝은 색은 아니고 밝은 곳은 눈처럼 히고 어두운 쪽은 숯을 연상시킬 정도로 검고 어둡다고 알려져 있다.
아이패루스 위성의 두 면 가운데 밝은 쪽은 얼음으로 덮여 있고, 어두운 쪽은 먼지로 이루어져 있다고 보이저 1호 탐사선이 밝혔다. 디오네 위성의 지름은 약 1,120km이며 토성에서 약 37만7천km 떨어진 위치에 자리잡고 있는데 약 2.7일 주기로 토성을 한 바퀴 돈다.