목성

목성을 이루고 있는건 주로 수소다. 헬륨은 목성의 질량의 사분의 일을 차지하고 있다. 목성은 중원소로 이루어진 암석형 핵을 가지고 있으며, 다른 거대행성들과 같이 뚜렷한 고체 표면이 없다고 한다. 행성 모양은 편구 모양인데 그 이유는 빠른 자전으로 인해서라고 한다. 외곽 대기는 위도에 따라 몇가지의 띠들로 눈에 띄게 구분하는데 서로 상호작용하는 경계선을 따라 발생하는 난류와 폭풍에 의한 것이며 발생한 유명한 결과물로는 대적점이 있는데 적어도 망원경을 통해 최초로 관측된 17세기부터 존재한 거대한 폭풍이다. 목성의 주변은 희미한 고리계와 강력한 자기권이 있다. 목성은 1610년에 갈릴레오 갈릴레이가 발견한 가장 큰 네 개의 갈릴레이 위성을 포함하여 적어도 79개의 위성을 가지고 있는데 가장 큰 가니메데의 직경은 행성인 수성의 직경보다도 크다.

목성은 무인 탐사선을 통해 여러번 탐사되어 왔다. 그 중에 플라이바이 임무 기간 동안의 초기의 파이오니어 및 보이저와 이후의 갈릴레오 궤도 탐사선이 가장 유명하다. 2007년 2월 말에 뉴호라이즌스가 목성의 중력을 이용하여 가속하고 궤적을 명왕성으로 변경하였다. 목성을 가장 최근에 탐사한 탐사선은 2016년 7월 4일에 목성에 도달한 주노이다.

목성은 태양계의 다섯번째 행성이자 가장 큰 행성이고 태양의 질량의 1,000분의 1배에 달하는 거대행성으로 태양계에 있는 다른 모든 행성들을 합한 질량의 약 2.5배에 이른다. 목성은 토성과 마찬가지로 거대 기체 행성으로 이루어져 있고 목성은 고대 천문학자들에게도 잘 알려져 있는데 로마인들은 목성에 로마 신화의 신인 유피테르의 이름을 붙였다. 동양에서 목성의 명칭은 오행 중 하나인 나무에서 유래되었고 신화에서는 세성이라고도 불렀다. 목성은 지구에서 봤을 때 겉보기등급이 -2.94에 이르기 때문에 반사광이 그림자를 형성하기에 충분할 정도로 밝다. 그래서 목성은 밤하늘에서 세번째로 가장 밝은 천체에 해당한다.

목성의 상층부 대기는 약 88 ~ 92%의 수소와 8 ~ 12%의 헬륨으로 이루어져 있는데 이는 개수밀도 조성비인데 헬륨 원자가 수소 원자보다 네 배나 무겁기 때문에 질량비로 조성을 기술할 때 다른 원자에 의해서 조성이 바뀌기 때문이라고 볼 수 있다. 질량에 따른 목성의 대기는 약 75%의 수소와 24%의 헬륨으로 구성되어 있으며 나머지 일 퍼센트만이 다른 원소들로 이루어져 있고 목성의 내부는 밀한 물질들로 되어 있는데 대략 71%가 수소, 24%가 헬륨, 5%가 다른 원소들로 이루어져 있다고 알려져있다. 목성의 대기는 미량의 메테인, 수증기, 암모니아, 규소화합물을 포함하며, 또한 미량의 탄소, 에테인, 황화수소, 네온, 산소, 포스핀, 황 등으로 이루어져 있기도 하며 대기의 최외곽층은 얼음 암모니아 결정을 포함한다. 적외선 및 자외선 분석을 통해서는 미량의 벤젠과 탄화수소들이 발견되기도 한다.

대기의 수소 및 헬륨의 비율은 원시태양 성운의 이론적인 조성과 가깝다. 상층부 대기의 태양의 십분의 일정도에 해당되는 네온은 질량비로 단 20 ppm을 차지한다. 헬륨 또한 태양의 헬륨 조성의 약 80% 정도로 감소하였는데 행성 내부로 원소들이 침전 돼 감소된 것으로 본다.

분광학에 따르면 토성은 목성의 조성과 유사할 것으로 생각되지만 천왕성과 해왕성은 수소와 헬륨이 상대적으로 훨씬 적다.

지구와 그 주변의 행성들은 목성과 충돌로 인해 파괴된 태양 근처의 슈퍼지구들의 잔재로부터 형성되었다. 과학자들 가설에 따르면 목성이 태양계 안쪽으로 침투하면서 중력에 의한 잡아당김과 끌기로 인해 슈퍼지구들의 궤도가 겹쳐지기 시작하면서 이들 사이에서 여러 충돌이 발생했다고 얘기한다.

천문학자들은 여러개의 행성으로 이루어진 약 500개의 행성계를 발견하였으며 주로 지구보다 수 배 이상 큰 질량의 행성을 하나 이상 포함하며 수성보다 더 가까운 거리에서 모성의 주변을 공전하고 있다. 목성과 같은 거대기체행성 또한 종종 모성과 가까이서 발견된다.

목성이 태양계 안쪽에서 튕겨져 나오면서 지구를 포함한 내행성들이 형성될 수 있었다고 본다.

목성은 여러 원소들이 혼합된 고밀도의 핵과 그 주변의 액상 금속성 수소층, 대부분 수소분자로 구성된 외곽층으로 이루어진 것으로 생각하고 있는데 이런 구조에 관해 더 상세한 내용은 아직까지도 상당한 불확실성이 존재하고 핵은 보통 암석형으로 기술되지만 상세한 조성은 그 깊이의 온도 및 압력에서 물질의 특성을 알 수 없기 때문에 불명이다. 1997년, 핵의 존재가 여러 중력측량을 통해 주장되었는데 그 질량은 지구의 질량의 12~45 배, 목성의 총질량의 대략 4~14 %이다. 핵의 존재는 목성의 역사에서 행성의 형성 모형을 통해 드러나게 되는데 모형에서 원시태양 성운으로부터 대량의 수소와 헬륨을 끌어모을 정도로 무거운 암석형이나 얼음형 핵의 형성이 요구되기 때문이라고 보여지며 핵이 존재한다고 가정하면 용융 상태의 핵은  뜨거운 액상 금속성 수소의 대류로 인해 수축하며 행성 내부에서 높은 수준의 구조를 지니게 된다. 여러 중력측량들이 전반적으로 그 가능성을 배제할 만큼 정밀하지 않기 때문에 핵에 관해서는 지금도 전적으로 불명으로 본다.

목성의 질량은 태양계의 다른 모든 행성을 합한 질량의 2.5 배로 태양의 중심으로부터 무게중심이 1.068 태양 반지름, 태양의 표면 위에 자리잡게 만들 만큼 매우 무겁다. 목성은 크기가 지구보다 훨씬 크지만 밀도는 상당히 낮은데 목성의 부피는 지구의 약 1,321 배이지만 질량은 지구보다 단 318 배 밖에 크지 않기 때문이다. 목성의 반지름은 태양의 반지름의 약 1/10 배이고 질량은 태양의 질량의 0.001 배이다. 그래서 두 천체의 밀도는 비슷하다. 목성의 질량은 외계행성과 갈색왜성의 질량을 기술할 때 종종 사용되는데 예를 들면 외계행성 HD 209458 b의 질량은 0.69 MJ이며, 안드로메다자리 카파 b의 질량은 12.8 MJ이다.

여러 이론 모형들은 목성이 현재보다 훨씬 더 무거웠다면 그 크기가 줄어들었을 것이라고 시사하고 있다. 질량의 작은 변화에 대해서 반지름은 크게 변화하지 않지만 약 500 M🜨(1.6 목성질량) 이상에서는 압력의 증가에 따라 내부가 매우 크게 압축되면서 질량의 크기는 증가한데 비해 행성의 부피는 감소하게 된다. 그런 자료들을 통해 목성은 그 정도의 질량을 가졌기 때문에 직경이 큰 거라고 여겨지고 있으며 만약 질량을 끌어모으면서 수축하는 과정이 계속해서 진행된다면, 핵융합이 발생하여 약 50 목성질량에서 고질량 갈색왜성이 된다.

목성이 수소 핵융합을 하여 별이 되기 위해서는 75 배나 더 무거워야 하지만, 가장 작은 적색왜성은 목성의 반지름의 약 30 퍼센트 밖에 안큰데 그럼에도 목성은 태양으로부터 받는 열보다 더 많은 열을 내고 있다. 내부에 만들어진 열량은 목성이 받는 태양 복사에너지와 비슷하다. 이런 열은 수축을 통한 켈빈-헬름홀츠 기작에 의해 발생했을 가능성이 큰데 이 과정으로 목성은 연간 약 2 센티미터씩 수축하며 그 사실을 바탕으로 지금보다 목성은 처음 형성되었을 때 더 뜨거웠고 현재 지름의 두 배정도로 컸을 것이라고 생각한다.