하이페리온(위성)
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1. 개요
토성의 위성 중 하나.
최초로 발견된 둥글지 않은 위성이다.[1] 반지름은 103~180km로 매우 불규칙하고, 공전 궤도는 토성 궤도 반지름의 24배이며, 공전주기는 21.3일이다.
평균 지름 약 270km 정도의 조그만 위성으로, 전체적인 모양은 구형이 아니라 고구마나 돌멩이처럼 불규칙하며, 표면이 많은 크레이터들로 뒤덮여 있다. 흙과 먼지가 많이 섞인, 지저분한 물(H2O)의 얼음[2]이 고르게 분포한다.
2. 특징
하이페리온은 다른 위성들에서는 보기 힘든 특징들을 많이 가지고 있어, 탐구 가치가 많은 위성이다.
2.1. 매우 낮은 밀도
암석과 얼음이 섞여 있는 불규칙 위성들 중에서도 제법 큰 크기에도 불구하고 밀도가 0.54 g/cm3 정도로 매우 낮은데, 하이페리온의 암석에는 마치 현무암처럼 작은 구멍이 많이 뚫려있어 빈 공간이 많다. 하이페리온의 경우, 이러한 빈 공간이 부피의 46%를 넘게 차지하기 때문에 밀도가 매우 낮다.
2.2. 매우 불규칙한 자전
태양계의 천체들 중에서 드물게 자전이 독보적으로 불규칙한데, 불규칙성이 너무 심해서 자전속도의 측정은 물론 어떻게 변할지 예측조차 하기 힘들다.[3] 자전속도 뿐만 아니라 자전축이 향하는 방향도 심하게 변하는데, 이렇게 심한 불규칙 자전을 보이는 다른 천체로는 명왕성의 4개의 소위성들이 있다.
토성을 기준으로 본 타이탄과 하이페리온의 3:4 궤도 공명 영상.
타이탄을 기준으로 본 3:4 궤도 공명 영상. 3시 방향의 주황색 점이 타이탄이다.
이는 토성의 최대 위성 타이탄에 의한 영향이 매우 큰데, 타이탄은 질량이 매우 큰 위성인 만큼 토성계에서 다른 천체들에게 미치는 영향도 매우 크다. 또한 하이페리온과 타이탄이 가장 가까이 접근할 때의 거리는 약 40만 6천 km 정도로, 타이탄이 육안으로 보일 정도로 가깝게 접근하지만 이심률과 후술한 궤도 공명 때문에 하이페리온이 토성에 가장 가까운 위치에서 타이탄과 일직선상에 놓이지는 않는다.[4] 게다가 타이탄과 3:4 궤도공명을 이루기 때문에[5] 매우 큰 중력 상호작용을 일으킨다. 여기에 하이페리온의 모양이 구형이 아닌 불규칙한 형태라는 점[6]까지, 4박자가 고루 맞물려서 하이페리온의 자전축이 예측하기 어려운 혼돈 운동을 하는 것이다.
[1] 발견 연도가 1848년으로 또다른 비구형 위성인 화성의 위성 포보스#s-2와 데이모스#s-2의 발견 연도는 1877년이다.[2] 천문학에서 '얼음'이라는 단어는 비암석질이고 상온에서 액체나 기체로 존재하는 여러 물질들의 고체 상태를 모두 포괄하기 때문에 분자를 특별히 명시해줘야 한다. 예를 들어 매우 추운 행성의 고체 암모니아나 고체 메테인도 '얼음'이라고 부른다.[3] 지구도 수만 년에 걸쳐 회전축이 회전하기는 한다. 그러나 지구의 경우 회전축이 규칙적으로 변해서 수학적으로 쉽게 기술할 수 있는 wobble 운동에 가깝고, 자전축의 회전 주기도 수만 년으로 매우 긴 것에 비해, 하이페리온의 회전축의 변화는 심하게 불규칙하며, 변화 속도도 매우 빠르다. 타임랩스를 적용해서 관찰하면 한 축을 기준으로 거의 일정하게 회전하는 다른 천체들과는 달리 정말 극단적으로 제멋대로 돌아간다.[4] 만약 토성-타이탄-하이페리온 순으로 일직선상에 놓인다면 서로 간의 거리는 약 24만 km가 된다.[5] 타이탄이 4바퀴 공전할 동안 하이페리온이 3바퀴 공전한다는 뜻이다. 궤도 공명은 단순한 공전 횟수의 정수비일 뿐만 아니라, 천체들의 운동에 크게 기여한다.[6] 보다 정확히는 길쭉한 형태일수록 이러한 경향이 강하다. 길쭉한 형태이면 양 끝단에 걸리는 힘의 세기의 차이가 커지기 때문이다.