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겨울밤하늘은 유난히 화려하다. 밤이 깊어지면 고개를 들어 하늘을 쳐다보자. 무척 밝은 별 하나가 바로 머리 위에서 빛난다. 바로 목성이다. 이번달 더욱 밝아진 목성의 진면목을 만나자.


밤하늘에는 많은 별들이 있다. 그 중 매우 밝은 별을 1등성이라 부른다. 겨울밤하늘에는 유달리 1등성이 많아 매우 화려하다. 밤하늘에서 가장 밝다는 시리우스, 오리온자리를 지키는 두개의 밝은 별 베텔게우스와 리겔, 황소자리의 알데바란, 그리고 마차부자리의 하얀별 카펠라 등이 그들이다.

이 밝은 별들 사이에서도 돋보이는 두개의 낯선 별이 떠있다. 바로 목성과 토성이다. 어떤 것이 목성일까.


1월 1일 가장 가깝다

저녁 10시경 밖에 나가 밤하늘을 올려다보자. 바로 머리 위에 대단히 밝은 노란색 별 하나가 눈에 뜨일 것이다. 그 별은 그 시간대에 전하늘에서 가장 밝다. 이 별이 바로 목성이다. 즉 별처럼 보이긴 하지만 실제로는 다른 별처럼 스스로 빛을 내는 항성이 아니라 태양 빛을 받아 반사하는 행성이다.

그렇다면 목성은 왜 이렇게 밝을까. 크기가 태양계의 행성 중에서 가장 크고 비교적 지구와 가깝기 때문이다. 목성은 화성 바로 밖에 있는 다섯번째 행성이다. 목성보다 더 밝은 대상은 금성 정도에 불과하다.

2002년 1월에는 목성이 다른 때보다 더 밝다. 이 무렵 지구와의 거리가 다른 때보다 가까워지기 때문이다. 특히 목성은 1월 1일 지구에 가장 가까워진다. 목성-지구-태양 순으로 나란히 위치하는 이때를 ‘충’이라고 한다.

지구 바깥쪽에 있는 외행성의 경우 충이 되면, 한밤중 남쪽 하늘 높이 보인다. 이때에는 거리가 가까운 만큼 당연히 더 밝고 더 자세히 보인다. 그래서 외행성을 관측하려면 충 무렵이 가장 좋다.

목성은 대략 1년에 한번 충을 맞이해 가장 잘보인다. 목성은 태양을 한바퀴 도는데 약 11년 걸리는데, 지구가 태양 주위를 한바퀴 도는 1년 동안 목성은 우주공간에서 그 위치를 그리 바꾸지 않기 때문이다. 이번 기회를 놓치면 목성을 잘보기 위해 1년 정도 기다려야 한다.


서쪽으로 가다가 동쪽으로?

요즈음 목성은 쌍둥이자리에서 보인다. 쌍둥이자리는 어디에 있을까? 겨울밤이 깊어갈 때 하늘 높이 떠오르는 별자리인 쌍둥이자리는 낯익은 오리온자리의 북동쪽에 위치한다. 쌍둥이자리에는 카스토르와 폴룩스라는 밝은 별이 둘이나 있어 찾기에 그리 어렵지 않다. 현재 목성은 쌍둥이자리 발 부근에 머무르고 있다.

그럼 목성은 항상 이곳에 있는 것일까? 그렇지 않다. 목성은 태양 주위를 공전하기 때문에 조금씩 밤하늘에서 움직여 대략 1년에 한번씩 별자리를 옮겨간다. 목성이 다시 이 별자리에 되돌아오는데는 약 11년이 걸린다.

목성이 밤하늘에서 어느 별인지 확인했다면 2002년 봄이 지나갈 때까지 하늘에서 목성의 움직임을 한번 살펴보자. 흰색 관측용지를 준비해 매일 같은 시각에 하늘을 쳐다보고 별자리를 그린 다음, 목성의 위치를 그려넣는다.

언뜻 보면 목성은 날이 지날수록 점차 서쪽으로 옮겨가는 것을 확인할 수 있다. 다른 별들을 정지시켜두고 별들과의 상대적 위치를 비교해보면 목성의 움직임은 좀 특이하다. 목성은 2월말까지 서쪽으로 움직이지만 3월이 되면서부터 점차 동쪽으로 움직인다. 행성이 다른 별들에 대해 서쪽으로 움직이는 현상을 역행이라고 부르고 동쪽으로 움직이는 현상을 순행이라고 부른다. 목성과 같은 외행성은 대부분의 경우 순행하지만, 충의 위치를 전후한 때에만은 역행한다.

즉 별들은 항상 그 위치에 머무르지만 행성은 별들 사이를 조금씩 움직이고, 순행과 역행이라는 행성의 운동을 반복하는 것이다. 몇달 동안 꾸준히 목성의 위치를 관측해보면, 그 움직임에서 이런 규칙성을 발견할 수 있다.
 

작은 태양계 추적하기

소형망원경으로 목성을 처음 봤을 때 가장 눈에 띄는 대상이 바로 목성의 4대 위성이다. 작은 별들이 목성의 양옆으로 쭉 늘어서 있는 모습인 4대 위성은 오래 전 갈릴레이가 처음 봤을 때 “이곳에 태양계가 있다”라고 했을 만큼 신비스럽다.

어떤 소형망원경으로도 목성의 위성은 잘 보인다. 오죽하면 갈릴레이의 고물(?) 망원경으로도 관측이 됐을까. 아무리 초보자라도 목성의 위성을 보는데 전혀 무리가 없다.

목성의 위성은 소형망원경으로 4개까지 볼 수 있다. 이 위성들은 거의 유사한 밝기로 목성으로부터 일정한 거리 내에서 목성 적도면의 연장선에 위치하므로 쉽게 알아볼 수 있다. 이들은 목성에서 가까운 순서대로 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토란 이름이 붙어있다.

그러나 주의할 점은 이들이 망원경에서 볼 때에도 항상 목성에서 떨어진 순서대로 가장 가까운 것이 이오, 그 다음이 유로파 등과 같은 식으로 배치되지 않는다는 사실이다. 목성 주변을 도는 이들은 가장 먼 위성일지라도 지구에서 보면 때로 가장 가까이 있는 것처럼 보일 수 있기 때문이다. 어떤 경우에는 목성 뒤편으로 숨은 것처럼 보이기도 한다. 그러므로 항상 4개가 다 보이는 것은 아니다.

단순히 위성을 봤다는 것에서 그치지 말고 그 위성이 어떤 것인지 확인해보도록 하자. 목성을 망원경으로 관측하면서 흰 백지에 주변 위성들의 위치를 그린다. 이때 방향을 기입하는 것이 중요하다. 목성이 흘러가는 방향은 서쪽이다. 만일 망원경에 추적모터가 붙어있다면 잠시 꺼서 방향을 확인하면 된다. 그 다음 왼쪽 그림에서 위성의 위치를 확인해 어떤 위성인지를 확인한다.

며칠 연속으로 관측해본다면, 각 위성이 목성 주위로 왔다갔다하면서 돈다는 사실을 느낄 수 있을 것이다. 위성의 움직임은 목성에서 멀리 있을수록 느리므로 움직이는 속도로도 위성의 이름을 확인할 수 있다.


특정한 때 보이는 대적반

목성은 태양계 내에서 가장 큰 행성이므로 지구에서도 상당히 자세한 모습을 볼 수 있다. 그래서 대개의 경우 천체망원경을 구입한 후 첫번째로 보는 천체가 달이고, 두번째가 목성이다. 소형 천체망원경으로 보면, 목성은 작은 원반형으로 보이지만 그 작은 원반 속에서도 목성 대기가 요동치는 모습이 비교적 실감나게 보인다.

목성을 망원경으로 볼 때 그 표면에서 가장 보고 싶은 대상이 있다. 바로 유명한 대적반이다. 대적반은 목성의 줄무늬 사이에 위치하며 소형망원경에서도 쉽게 눈에 띄는 대상이다. 색상은 매우 붉지 않지만 연한 분홍빛을 띤다. 소형망원경에서 대개 1백배 이상이라면 쉽게 그 존재를 확인할 수 있다. 하지만 의외로 목성을 망원경으로 보고도 대적반을 못본 사람들이 많다. 왜 그럴까? 대적반이 보이는 시간대가 있기 때문이다.
 

대적반은 목성의 대기 현상으로 목성의 특정 부분에서 나타난다. 대적반은 적도보다 고위도 지역인 체계2 부분에 위치해 9시간 55분마다 한번씩 자전한다. 이렇게 자전하는 대적반을 지구에서 관측할 수 있는 확률은 단순 계산으로도 절반에 불과하다. 즉 지구에서 바라봤을 때 대적반이 목성 표면 중에서 보이는 부분에 있을 확률은 1/2이다.

하지만 목성의 표면은 구이므로 지구에서 봤을 때 대적반이 목성 표면의 가장자리에 위치한다면 잘 보이지 않을 것이다. 따라서 잘 보이는 지점은 목성의 중앙부분을 통과하는 때다. 결론적으로 대적반이 목성 앞쪽의 60° 영역에 위치할 때, 즉 전체 시간의 1/6 가량만 뚜렷하게 보인다.

그렇다면 지금부터 대적반을 볼 수 있는 시각을 계산해보자. 대적반의 위치는 목성 표면에서 위도 -23.3°, 경도 75° 부근에 위치한다. 즉 목성 적도에서 약간 남쪽 띠에 있다. 따라서 대적반을 볼 수 있는 때는 대적반의 경도가 지구에서 볼 때 목성 중앙부근에 오는 시기다.

우선 오른쪽 (표)를 이용해 원하는 시각에 지구에서 봤을 때 목성 중앙부분이 해당하는 경도를 구한다. 그 방법은 다음과 같다.
 

목성 중앙경도 = 기준 중앙경도 + (원하는 시각-기준시각)×(360.0/595.67)

여기서 원하는 시각과 기준시각은 분으로 표시한 값이다.

예를 들어 1월 6일 저녁 18시 7분의 목성 중앙경도를 구해보자. 18시 7분은 분으로 환산하면 1천87분이다. 구하는 식은 104.70+(1087-540)×(360/595.67) = 435.3°이다.

이 값에서 다시 360°를 빼면, 75.3°다. 즉 이 시각의 목성 중앙경도는 75.3°이다. 대적반은 목성 경도 75° 부근에 있으므로 이때 대적반을 볼 수 있다. 대적반을 볼 수 있는 시간은 이 시간을 전후한 3시간 동안이다.

만일 이때부터 목성의 자전주기의 약 반인 5시간 뒤, 밤 11시에 목성을 본다면 목성에서 대적반을 볼 수 없을 것이다. 그 다음 대적반을 볼 수 있는 시각은 목성이 정확히 한바퀴를 돌고 난 9시간 55분 뒤다.