목성에는 착륙할 표면이 없고, 탐사선은 압력에 짓눌려 흡수된다

목성에는 어디에도 착륙하거나 충돌할 수 있는 표면이 존재하지 않습니다. 단지 깊이에 따라 점점 더 밀도가 높아져 더 이상 기체처럼 행동하지 않고 금속처럼 전기를 전도하기 시작하는 수소가 있을 뿐입니다. 따라서 탐사선은 단단한 땅을 찾기도 훨씬 전에 압력에 짓눌려 행성에 흡수되고 말 것입니다.

행성 표면처럼 보이는 것은 사실 착각입니다. 목성에는 땅이 없으며, 오직 짓누르는 압력과 기이한 물질 상태 속으로의 끝없는 하강만이 있을 뿐입니다.

모든 목성 이미지는 표면이 있는 것처럼 보입니다. 깔끔한 원형 테두리, 줄무늬가 있는 얼굴, 흰 구름과 녹슨 색깔의 띠가 보이죠. 마치 화성이나 지구가 '장소'인 것과 같은 의미에서 목성도 하나의 '장소'처럼 보이며, 그 날씨 아래 어딘가에는 반드시 땅이 있을 거라고 상상하는 것은 자연스러운 일입니다.

하지만 없습니다.

목성으로 하강하는 우주선은 지각을 강타하거나, 평원에서 튕겨 나가거나, 전형적인 충돌처럼 사라지지 않을 것입니다. 대신 대기권으로 진입하게 되는데, 그곳은 점점 더 밀도가 높아지고, 뜨거워지며, 지구 지표면에서 우리가 접하는 어떤 것과도 점점 닮아 있지 않게 됩니다. 주변의 수소는 일반 기체처럼 행동하지 않게 되지만, 그렇다고 해안선이 나타나지는 않을 것입니다. 더 깊은 곳에서는 수소가 금속성 수소(metallic hydrogen) 라 불리는 전기 전도성 유체가 됩니다.

탐사선이 그 지역에 도달하기 훨씬 전에, 압력과 열이 그 구조를 파괴했을 것입니다. 금속, 세라믹, 전자 부품들은 결국 녹거나, 증발하거나, 주변 유체에 용해될 것입니다. 행성의 중심부조차 단단한 바닥을 제공하지 않을 수도 있습니다. NASA의 주노(Juno) 미션 측정 결과는 중심부가 확장되고 희석된 형태이며, 무거운 물질들이 깔끔한 경계 없이 수소에 혼합되어 있을 가능성을 지지합니다.

목성으로 추락하는 것의 이상한 점은 단순히 행성이 당신을 으스러뜨린다는 사실이 아닙니다. 내려가는 동안 익숙한 범주들이 하나씩 무너져 내린다는 점입니다. 하늘과 땅, 대기와 바다, 기체와 액체, 심지어 금속과 유체의 구분마저도요.

목성의 표면은 장소가 아닌 숫자입니다

행성 과학자들이 목성의 반지름을 말할 때, 그들은 여전히 행성이 어디서부터 시작하는지 명시해야 합니다. 관례상 보통 1바(bar) 압력 준위를 사용하는데, 이는 대기압이 지구 해수면 압력과 대략 같아지는 지점입니다. 이는 고도, 중력, 행성의 모양을 측정하는 데 유용한 기준이지만, 물질적 표면은 아닙니다.

실제로 2026년 《네이처 천문학(Nature Astronomy)》에 발표된 분석은 주노의 전파 은폐(radio-occultation) 측정을 사용해 이 1바 준위의 형상을 정밀하게 다듬었습니다. 저자들은 적도 반지름을 71,488km, 극 반지름을 66,842km로 계산했으며, 각각 약 400m의 불확실성을 가집니다. 목성은 너무 빠르게 자전하기 때문에 적도에서 현저하게 부풀어 오릅니다.

이것은 가상의 기준 표면에 대한 놀랍도록 정밀한 측정입니다.

1바 준위에서도 하강하는 탐사체 아래에는 여전히 기체가 존재합니다. 친숙한 흰색, 주황색, 갈색의 특징들은 분자 수소와 헬륨이 지배적인 대기 중에 떠 있는 구름 시스템입니다. NASA는 약 71km에 걸쳐 암모니아 얼음, 수산화암모늄(ammonium hydrosulphide), 물 구름의 가능성 있는 층들을 설명하지만, 정확한 구조는 위치와 날씨에 따라 달라집니다.

우주에서 보이는 가장자리는 이 구름과 연무에서 빛이 산란되어 만들어집니다. 이는 지구 궤도에서 본 폭풍의 꼭대기보다 더 단단하지 않습니다. 차이점은 지구는 결국 바다나 대륙을 제공한다는 것이지만, 목성은 그렇지 않다는 것입니다.

하나의 탐사선이 이미 그 추락을 시작했습니다

1995년 12월 7일, NASA의 갈릴레오(Galileo) 대기 탐사선은 외행성 대기권에 진입한 최초의 기계가 되었습니다. 시속 약 170,000km로 도달했죠. 2분간의 공기역학적 제동 동안, 지구 중력의 230배에 달하는 감속도와, NASA가 태양 가시 표면 온도의 두 배라고 설명한 열 차폐체 주변 온도를 견뎌냈습니다.

살아남았습니다.

열 차폐체를 분리하고 낙하산을 연 후, 탐사선은 약 200km의 대기권을 하강했습니다. 바람, 온도, 압력, 번개, 햇빛, 화학 성분을 측정하며 그 결과를 상공의 갈릴레오 오비터로 전송했습니다. 미션의 마지막 NASA 보도 자료에 따르면, 높은 온도로 인해 탐사선의 송신기는 하강 시작 58분 만에 침묵했습니다.

마지막 측정치는 약 22~23바(지구 해수면 압력의 약 22배)의 압력과 기준 준위 아래 약 120km 깊이에서 나왔습니다. 이는 지름이 거의 14만 km에 달하는 행성에 비하면 매우 얕은 깊이입니다.

갈릴레오는 오직 최상층 피부만을 샘플링했을 뿐입니다. 이후 주노와의 후속 연구는 탐사선이 비정상적으로 건조한 기상 지역에 진입했음을 시사했으며, 이는 놀라울 정도로 낮은 수분 측정치를 단순히 행성 전체에 적용할 수 없는 이유를 설명합니다. 2020년 JPL(제트추진연구소)의 비교 분석에 따르면, 주노의 마이크로파 복사계는 궤도에서 약 33바의 압력까지 감지할 수 있었으며, 이는 갈릴레오의 마지막 판독치보다 깊지만 여전히 금속성 내부에는 훨씬 못 미치는 수준입니다.

갈릴레오가 22바에서 으스러졌다는 설명을 자주 접하지만, 실제 기록은 더 구체적입니다. 열이 송신기를 침묵시켰습니다. 무선 접촉이 끊긴 후에 일어난 일은 관측되지 않았습니다. 탐사선은 계속 하강했고, 온도가 상승함에 따라 낙하산은 결국 실패했으며, 압력과 열은 궁극적으로 그것을 파괴했을 것입니다. 하지만 목성에 '충돌'했다는 기록된 순간은 존재하지 않습니다.

기체가 바다와 만나는 일은 없습니다

지구에서 하강하는 항공기는 대기를 통과하다가 경계에 도달합니다. 그 경계 아래에는 물이나 암석이 있을 수 있으며, 이는 대기보다 훨씬 밀도가 높은 물질입니다. 목성은 이에 필적할 만한 불연속성을 제공하지 않습니다.

수소는 임계 온도(critical temperature)를 가지며, 이 온도 이상에서는 기체와 액체 상이 일반적인 끓는점 곡선으로 더 이상 분리될 수 없습니다. 목성의 내부는 그 임계 온도보다 훨씬 더 뜨겁습니다. 압력이 높아짐에 따라 분자 수소는 초임계 유체(supercritical fluid) 가 됩니다. 밀도는 연속적으로 증가하고 점점 더 액체 같은 거동을 보이지만, 탐사선이 '수소 바다'에 풍덩 빠지는 특정 깊이는 존재하지 않습니다.

이것이 바로 목성을 대기와 액체 수소층으로 나누는 삽화들이 단단한 경계선 그림이 아닌 물리적 영역의 지도로 읽혀야 하는 이유입니다. NASA의 가스 행성 내부 가이드는 명확히 말합니다. 구름 아래에서 대기는 점점 더 밀도가 높아지고 따뜻해지며, 날카로운 경계 없이 기체에서 액체로 변환됩니다.

따라서 '가스 행성'이라는 단어의 '가스'는 오해를 불러일으킬 수 있습니다. 이는 구성과 행성 분류를 설명하는 것이지, 행성의 모든 부분이 어떻게 행동하는지를 설명하는 것은 아닙니다. 목성 질량의 대부분은 얇고 숨 쉴 수 있을 것 같은 기체로 떠다니지 않습니다. 그 위에 있는 모든 것의 무게에 의해 압축되어 밀도가 높고 뜨거운 유체가 된 것입니다.

저는 토성이 어떻게 지구 질량의 95배를 포함하면서도 물보다 낮은 평균 밀도를 가질 수 있는지 묻는 이전 기사에서도 같은 구분을 다룬 바 있습니다. 낮은 평균 밀도가 거대 행성이 전체적으로 실체가 없다는 것을 의미하지는 않습니다. 자기 중력은 '기체'와 같은 단순한 꼬리표로는 전달할 수 없는 압력과 물질 상태를 만들어냅니다.

금속성 수소는 단단한 금속 껍질이 아닙니다

더 깊이 들어갈수록 밀도 이상의 것이 변합니다.

일반 수소는 원자 쌍으로 이루어진 분자로 구성됩니다. 지구 대기압의 수백만 배에 달하는 압력 하에서, 이러한 분자 배열은 붕괴되고 전자는 물질 전체에 걸쳐 이동 가능하게 됩니다. 수소는 금속과 유사한 방식으로 전기를 전도하기 시작합니다.

'금속성 수소'라는 이름은 잘못된 심적 이미지를 만들 수 있습니다. 이는 날씨 아래 숨겨진 단단하고 은빛 바닥이 아닙니다. 목성 조건에서 이는 뜨겁고 밀도가 높으며 전기 전도성 유체일 것으로 예상됩니다. '금속성'이라는 용어는 전자가 어떻게 움직이고 물질이 어떻게 전도하는지를 설명할 뿐, 우주선이 그 위에 설 수 있는지 여부를 의미하지는 않습니다.

이 전이 자체는 고압 물리학의 활발한 연구 분야입니다. 분자-금속 전이의 정확한 압력과 특성은 온도와 수소-헬륨 혼합물의 거동에 따라 달라지며, 이는 목성 내부에서 직접 측정할 수 없습니다. 실험실 압축 실험, 양자 계산, 행성의 중력 및 자기장은 모두 모델을 제약하지만, 내부를 완벽하게 알려진 일련의 껍질로 바꾸지는 않습니다.

많은 단순화된 설명들은 금속성 영역을 대략 수 메가바(1메가바는 100만 바)의 압력으로 설정합니다. 중요한 규모 비교는 전이가 특정 깔끔한 깊이에서 시작되는지 여부가 아니라, 갈릴레오의 마지막 22바 측정치가 그보다 수만 배나 낮은 압력이라는 사실입니다.

이 전도성 수소는 목성의 정체성에 핵심적입니다. 유체 내 대류(convection)는 행성의 빠른 자전과 결합하여 전류를 유지합니다. 이 전류들은 목성의 거대한 자기장을 생성합니다. NASA의 현재 목성 개요는 금속성 수소 영역을 묻힌 단단한 금속 조각이 아닌 행성 다이너모(planetary dynamo)로 설명합니다.

다시 말해, 가상의 파괴 불가능한 탐사선을 결국 둘러쌀 물질은 또한 목성에 도달하는 자체를 어렵게 만드는 방사선 환경을 생성하는 데도 기여하고 있습니다.

하강하는 우주선은 같은 속도로 영원히 떨어지지 않을 것입니다

'목성으로 추락'이라는 표현은 물체가 빈 공간을 가속하다가 무언가에 부딪힐 때까지 움직이는 것을 연상시킵니다. 실제 운동은 더 복잡할 것입니다.

탐사선은 갈릴레오처럼 엄청난 속도로 도달할 것이며, 격렬한 공기역학적 항력을 통해 그 속도의 대부분을 잃을 것입니다. 낙하산 아래에서, 혹은 낙하산이 실패한 후에는, 밀도가 지속적으로 증가하는 유체를 통과하여 하강할 것입니다. 항력은 증가할 것입니다. 탐사선의 변화하는 밀도와 모양에 따라, 천천히 가라앉거나, 뒹굴거나, 일시적으로 중성 부력(neutral buoyancy) 준위에 접근할 수도 있습니다.

어떤 실제 우주선도 이러한 후기 단계가 중요해질 만큼 오래 온전히 남아 있을 수 없습니다. 밀봉부(seal)는 파손될 것입니다. 압력 용기는 변형될 것입니다. 전자 부품은 온도가 설계 범위를 훨씬 벗어남에 따라 작동을 멈출 것입니다. 구조용 금속은 약해지고 녹을 것입니다. 더 깊은 곳에서는, 파괴된 우주선과 그 화학적 구성 요소 간의 구분은 물질이 주변 수소-헬륨 유체와 혼합됨에 따라 사라질 것입니다.

압력만이 전부는 아닙니다. 압력 용기는 외부와 내부의 압력 차이가 그 구조가 견딜 수 있는 한계를 초과할 때 파손됩니다. 만약 모든 공동이 어떻게든 평형을 이룰 수 있다면, 으스러짐은 지연될 수 있지만, 그렇게 되면 내용물이 뜨겁고 화학적으로 특이한 유체에 직접 노출될 것입니다. 불가능한 물질로 보호된 물체라도 수천, 결국 수만 도에 달하는 온도에 직면할 것입니다.

또한 행성을 통과하는 직선 터널도 없습니다. 자유 낙하하는 물체는 항력으로 인해 초기 운동량을 잃고, 목성의 자전, 바람 및 대류는 그것을 옆으로 밀어냅니다. 중심에 접근하기 훨씬 전에, 그것은 더 이상 공학적 물체로 존재하지 않게 될 것입니다.

심지어 핵(core)도 바닥이 아닐 수 있습니다

수십 년 동안, 일반적인 교과서 모델은 금속성 및 분자 수소층 아래에 암석과 얼음으로 이루어진 작고 조밀한 핵을 가진 목성을 보여주었습니다. '핵'이라는 단어는 조용히 또 다른 표면을 암시했습니다. 어쩌면 다른 모든 것을 견뎌낸다면, 충분히 강력한 기계가 마침내 고체 물질에 도달할지도 모른다는 생각이었죠.

주노는 그 그림을 방어하기 어렵게 만들었습니다. 이 우주선은 핵을 직접 보지는 않습니다. 대신, 주노가 목성 위를 지나갈 때 속도의 미세한 변화가 행성의 중력장 변동을 드러냅니다. 내부 모델은 그런 다음 이러한 측정값에 대해 테스트됩니다.

모델들은 점점 희석되거나 흐릿한(fuzzy) 핵, 즉 수소와 헬륨보다 무거운 원소들이 풍부한 확장된 영역을 선호합니다. 2019년 《네이처(Nature)》에 발표된 연구는 수십에서 수 개의 지구 질량에 달하는 무거운 원소들이 목성 중심에서 거의 절반에 달하는 영역까지 퍼져 있는 구조 모델을 설명했습니다. 이 논문은 목성 역사 초기의 거대 충돌이 그러한 구조를 만드는 한 가지 가능한 방법이라고 제안했습니다.

이 충돌 시나리오는 확정된 사실이 아니며, 단일 내부 프로파일 또한 마찬가지입니다. 2024년 《AGU Advances》의 리뷰는 수소와 헬륨에 사용된 상태 방정식, 가정된 온도 프로파일 및 무거운 원소의 분포에 얼마나 많은 것이 의존하는지 강조했습니다. 일부 수용 가능한 모델은 중심 근처에 작은 조밀한 구성 요소를 유지합니다. 약화된 것은 암석 구체와 그 위의 유체 사이의 깔끔한 경계에 대한 오래된 확신입니다.

따라서 "목성에는 어디에도 표면이 없다"는 말에는 한 가지 조건이 필요합니다. 가장 깊은 내부는 여전히 간접적으로 추론될 뿐이며, 모델은 집중된 중심 물질을 포함할 수 있습니다. 우리가 확실히 말할 수 있는 것은 목성에는 접근 가능한 고체 표면이 없고, 알려진 지각이 없으며, 땅으로 기능할 수 있는 입증된 핵 경계가 없다는 것입니다. 중심 근처에 있는 무거운 물질이 무엇이든 수천만 바의 압력과 항성 표면에 필적하는 온도 아래에 존재합니다. 그것을 착륙 지점이라고 부르는 것은 그 표현의 의미를 비우는 것입니다.

왜 목성의 위성들은 세계(World)이고 목성은 그렇지 않은가

목성의 위성들과의 대비는 계시적입니다. 유로파(목성의 위성)는 단단한 얼음 껍질을 가지고 있으며, 그 아래 바다는 지구 전체 바다의 두 배 이상의 물을 포함할 수 있습니다. 제가 유로파의 29km 얼음 두께에 대한 새로운 추정치를 살펴본 이전 기사에서, 핵심적인 어려움은 매우 실제적인 장벽을 통해 바다에 도달하는 방법이었습니다.

목성에서는 문제가 정반대입니다. 도달해야 할 장벽이 없습니다. 행성 표면이 없기 때문입니다. 갈릴레오가 증명했듯이 탐사선은 진입할 수 있지만, 도착할 수는 없습니다.

이것은 또한 우주선이 가스 행성에서 종말을 맞이하는 것이 대기권으로 '돌진(plunging)'한다고 묘사되는 이유를 설명합니다. 2017년 엔셀라두스(토성의 위성)를 보호하기 위해 카시니가 의도적으로 토성으로 보내졌을 때, 그것은 공기역학적 힘이 제어를 무너뜨릴 때까지 상층 대기를 통해 전송했습니다. 그것은 분화구를 남기지 않았습니다. 그 물질은 토성의 일부가 되었습니다.

목성 더 깊은 곳으로 보내진 탐사선은 더 가혹한 규모로 같은 종류의 종말을 맞이할 것입니다. 먼저 유성이 되고, 낙하산 실험실이 되고, 잔해가 되고, 액적(droplet)이 되고, 증기와 용해된 원자가 될 것입니다. 어느 순간에도 착륙 다리가 지면에 닿지 않을 것입니다. 나중에 임무가 사진을 찍을 충돌 현장도 없을 것입니다.

목성은 서 있을 장소가 없는 행성입니다. 그 겉보기 표면은 날씨이고, 내부는 연속체이며, 그 금속은 액체이고, 그 가능성 있는 핵은 주변 물질로 흐려져 있습니다. 하강하는 우주선은 바닥을 찾지 못할 것입니다. 목성은 단순히 우주선과 행성 자체의 구분을 없애버릴 것입니다.

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source: https://spacedaily.com/t-there-is-no-surface-anywhere-on-jupiter-to-land-on-or-crash-into-just-hydrogen-that-thickens-with-depth-until-it-stops-behaving-like-a-gas-and-starts-conducting-electricity-like-a-metal-so-a-desce/

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• 평XX놈ㅊㅊ
• 머X와그나마 화성이 제일 낫다. 대기가 없어서 그렇지 기온도 괜찬음
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• 진XX부온돌도 얼걸?
• 애XXXXXX이근데 최고기온 35도 뜨면 인간이 서있을수 있나? 산소호흡기 착용했다 치고?
• 진XX부ㅇㅇ 중력은 지구보다 조금 낮은수준이라
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• 메XXX격남극 측정최저온도가 마이너스 89도할만하다 가보쟈이
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• 던XX함지하에 사는게 좋은 해답이라 지하에 살려는게 아니잖아 화성에 살려면 경제적인게 지하라는거지
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• 조XXXXXX록근데 어차피 맨몸으론 못 살텐데 기온이 중요할까?
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• 니XXX용카카로트도 저긴 못들어감?
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