1. 개요
衛星 / Natural satellite, Moon[1]위성은 행성과 같은 천체 주변을 공전하고 있는 천체를 의미한다. 지구 주변을 공전하는 달이 대표적인 위성이다. 사람이 우주에 쏘아올린 인공위성도 위성이라는 이름은 붙어있지만, 일반적으로는 위성이라 하면 자연위성을 일컫는다.
2. 상세
2.1. 규모
지구가 속한 태양계에 한정하면 수성과 금성을 제외한 모든 행성들에 위성이 있다.[2] 태양계 8개 행성에서 확인된 공식적인 위성의 총 개수는 2023년 9월 기준 285개이다. # 구체적으로, 토성이 146개로 가장 많고, 목성 95개, 천왕성 27개, 해왕성 14개, 화성 2개 및 지구 1개이다.[3] 그 중, 지름이 3,000km가 넘는 대형 위성은 6개로 가니메데(목성) 5,262km, 타이탄(토성) 5,151km, 칼리스토(목성) 4,821km, 이오(목성) 3,643km, 달(지구) 3,476km, 유로파(목성) 3,122km 순이다. 지구의 달이 위성의 크기로는 5위이나, 모행성 대비 지름비는 최대의 위성으로 무려 27%에 이른다.[4]과거 천문학자들은 행성의 범주에 포함시킬 수 있는 수준의 천체만이 위성을 가질 수 있다고 생각했는데, 왜행성에도 위성이 있는 것으로 확인이 되었고, 심지어는 이다나 칼리오페처럼, 소행성도 위성을 가지는 것으로 확인되어 그냥 어지간한 천체에 주변 조건만 된다면 위성이 있는 것으로 판단하고 있다. 2013년 6월까지 소행성과 카이퍼 벨트 천체에서 확인된 위성은 약 230개. 태양계의 다른 행성에도 위성이 많이 있는고로 모두 합치면 약 400개의 위성이 확인되었다. 이 중 지름 1~2km 이하의 작은 위성들도 많은데 소행성의 위성 중에는 지름 45미터 짜리도 2003년에 관측되었다.
더불어 태양계 밖에서 발견된 외계 행성들도 아마 위성을 가지고 있을 것으로 추정을 하고 있으나 아직까지는 발견된 사례가 없다. 사실 외계행성도 40여년 가량 전쯤부터 겨우 찾아내고 있고, 찾기도 굉장히 어려운 주제에 그보다 규모가 작은 위성을 찾는 것은 현실적으로 어렵다. 실제 망원경만으로 우주를 관측하던 시절만 해도 태양계에 알려진 위성은 손에 꼽을 정도로 적었다. 망원경 기술이 발달하고 탐사선을 쏘기 시작하면서 상당히 많은 위성이 있다는 것이 알려진 상황이니 아마 조금 더 기술이 발달하면 외계행성의 위성도 발견할 수 있을지 모르는 상황이다. 그런데 현지시각으로 2017년 7월 28일, 최초의 외계위성이 발견되었을지도 모른다는 내셔널 지오그래픽발 기사가 떴다. # 아직 확실치는 않지만 천문학자들은 2017년 10월에 허블 우주 망원경을 통해 자세히 관측해 볼 예정이라고 한다. 만약 외계위성을 발견한 것이 맞다고 확정된다면, 위성이 어떻게 형성되는지에 대한 이해가 수월해질 것으로 예상된다. 참고로 저 위성은 골디락스 존 안에 위치하고 있다.
2.2. 생성
이런 위성들이 어떻게 생겨난 것인지는 아직까지도 학자들이 연구하고 있다. 까놓고 말해서 모른다. 몇 가지 설들을 살펴보면 다음과 같다. 태양계에서 행성이 형성되는 과정에서 같이 형성됐다는 설, 천체들이 서로 충돌하다가 생긴 파편들이 뭉쳐서 새로운 천체를 형성한 후에 행성의 중력에 사로잡혔다는 설, 우연히 지나가던 소천체가 중력에 잡혔다는 설 등이 있다. 아직 검증되지는 않았으나 불규칙 위성의 경우는 중력에 사로잡혔다는 설이 가장 신빙성있는 주장으로 받아들이고 있다.[5] 대부분의 천문학자들은 엄청난 수의 위성을 거느린 목성이나 토성의 위성은 지나가던 소천체가 중력에 사로잡혀서 머물게 된 것들이 대부분이라는 추측을 한다. 한편 지구의 위성인 달은 월석을 조사해 본 결과 지구의 충돌 파편이라는 주장이 널리 받아들여지고 있다. 달 문서 참고.전술한 바와 같이 태양계에서는 현재 토성이 가장 많은 145개의 위성을 거느리고 있으며, 목성이 95개로 그 뒤를 잇고 있다. 목성의 대표적인 위성에는 이오, 유로파, 가니메데 등이 있고 토성의 대표적인 위성에는 타이탄이 있다.[6] 하지만 이 위성들이 모두 온전하게 목성과 토성의 위성인지는 논란이 많다. 몇몇 학자들은 궤도를 시뮬레이션하면서 일부 발견된 위성들은 얼마 정도 공전을 하다보면 궤도가 일그러져서 다른 곳으로 날아갈 것이라고 주장하는 경우도 있다.
2.3. 특징
위성은 모행성 주변을 공전하고 있고 이로 인한 조석작용으로 가까이 있는 위성 대부분의 공전주기와 자전주기가 거의 일치한다. 즉, 동주기 자전을 한다. 간단히 말해서 행성에서 보면 항상 한 면만 볼 수 있다는 의미이다. 다만 위성이 불규칙하게 공전하거나[7] 상대적으로 중력의 영향을 덜 받는 외곽의 위성들은 공전주기와 자전주기가 서로 다르기에 조석 고정이 성립하지 않는다. 한편, 극히 일부 위성들의 경우 자전주기와 자전축이 불규칙적인데 이는 근처의 큰 위성이 주변에 영향을 끼치는 경우로 토성의 위성 타이탄에 가까이 접근하는 히페리온이나 명왕성의 작은 네 위성들[8]이 그 예다.2.4. 기타
위성의 하위 분류로 준위성(Quasi-satellite, 또는 유사 위성)과 양치기 위성(Shepherd satellite)이 있다. 이 가운데 양치기 위성은, 토성과 같이 크고 작은 입자로 구성된 고리를 가진 행성이나 소행성의 띠가 흩어지지 않도록 고리의 안쪽과 바깥에서 먼지를 공급하고 입자의 위치가 유지되게끔 물리적 에너지를 공급해 주는 작은 위성을 말한다. 대표적으로, 목성의 아스라스테아, 토성의 프로메테우스, 천왕성의 코델리아와 오펠리아를 꼽는다. 양치기 위성은 우리가 육안으로 고리가 있는 행성의 띠의 내외곽을 보다 선명하게 볼 수 있는 효과를 주기도 한다.아울러, 위성의 위성을 손자위성이라고 하는데 존재할 확률은 극히 낮다고 한다. 일단 중력이 훨씬 강한 모성과 행성이 방해요소로 작용하기 때문에 아주 우연하게 딱 맞아떨어지는 경우가 아니라면 궤도를 이탈해서 먼 곳으로 가버린다거나, 행성 또는 모위성과 충돌할 것으로 판단하고 있다. 실제 NASA에서도 다른 행성의 위성에 추진력없이 공전할 수 있도록 인공위성을 띄우는 것은 상당히 어려운 일이라고 밝힌 바가 있다. 취소된 아폴로 미션들 중에는 해리슨 슈미트가 17호 이후 계획이 다 잘려나갈 마당에 "달에 정지궤도 위성을 몇 개 띄우고 뒷면 탐사를 해보자!"고 우겼다가 병신 같지만 멋있어 내지는 멋있지만 병신 같아라는 쓴소리만 들었다.
토성의 위성 레아는 독자적인 고리를 가지고 있으며 고리는 위성 주위를 돌기에 손자위성과 비슷한 것이라 볼 수 있다. 그리고 어거지로도 손자 인공위성을 달에 띄운 사례도 있긴 있다. 지구 자기장을 연구하기 위해 2007년 발사한 THEMIS 미션의 5개 위성 중 2개를 달 자기장 연구한다고 ARTEMIS 미션으로 분리시킨 예가 대표적. 이 때 두 탐사선은 달 궤도 너머를 넘나들고 지구 - 달 L1 라그랑주점을 공전하는 수년에 걸친 무지막지한 기동을 통해 성공적으로 타원궤도 형성에 성공했다.
보통 사람들의 경우 위성이라고 하면 대부분 달과 같은 위성을 떠올리는 편인데 사실 목성 주변을 도는 이오의 경우에는 목성의 중력으로 인해 화산과 용암 천지이고, 목성의 가니메데와 토성의 타이탄은 대기까지 지니고 있다. 그리고 목성의 칼리스토나 유로파의 경우 얼음이 있어서 어쩌면 생명체가 있을지도 모른다는 가설이 꾸준히 제기되는 위성이다. 게다가 가니메데, 타이탄의 경우에는 행성인 수성보다도 크다. 다른 여러가지 태양계의 위성의 목록에 대해서는 태양계 문서의 '태양계에 속한 천체들' 부분을 참고하자.
3. 개별 문서가 있는 위성
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- 목성의 위성
- 토성의 위성
- 천왕성의 위성
- 해왕성의 위성
- 명왕성의 위성
3.1. 기타 분류
4. 기타
위성도시 할 때의 '위성' 도 바로 이 위성이다. 수도 주변에 위성마냥 배치된 도시들을 보고 하는 말로, 주로 이들 역시 죄다 '수도권' 으로 간주되며 수도 수준까진 아니어도 수도와 비슷한 수준으로 발전한 도시들이 밀집된 모습을 볼 수 있다. 소련의 동유럽 위성국가도 이 위성이다.캐릭터 작법에서 마치 행성 주변을 돌기만 하는 위성마냥 단조롭고 단편적이거나 서사가 적고 소모적으로 활용되는 주변인 캐릭터[12]들을 갖다가 위성형 캐릭터라고 칭할 때 사용되는 용어이기도 하다.
5. 매체에서의 등장
SF 계열 매체에서는 위성을 개척하여 유인기지나 거주지역을 건설하였다는 이야기가 자주 등장한다. 더불어 지구가 아닌 외계 행성이 배경인 SF나 판타지 계열 매체의 경우 두 개 이상의 위성이 존재하는 경우도 있다.[13]에일리언 시리즈의 무대 중 하나인 LV-426과 프리퀄인 프로메테우스의 무대 LV-223, 영화 아바타의 무대가 된 판도라 또한 위성이다.
스타워즈 시리즈의 등장하는 엔도의 경우, 원래 동명의 거대한 목성형 행성의 위성이었지만 모종의 이유로 모행성은 사라지고 위성만 남았다고 한다.
[1] 위성이라는 뜻도 있으며 이때는 정관사(the)를 붙이지 않는다. 우리말의 '달' 역시 지구의 위성 외에 다른 행성의 위성을 가리켜 화성의 달, 목성의 달과 같이 쓰이나 엄밀히 표준어는 아니다.[2] 다만 금성은 준위성을 가지고 있다.[3] 2006년 왜행성으로 격하된 명왕성에 무려 위성 5개가 돌고 있다.[4] 2006년, 명왕성이 행성의 지위에서 박탈되기 전까지는 카론이 모행성 대비 가장 큰 위성이었다.[5] 해왕성의 위성 트리톤도 불규칙 위성이지만 해왕성에 매우 가까운 편인데다가(지구-달 거리보다 가까움) 원에 가까운 궤도를 그려서 정말로 포획된 위성인지에 대해서 가끔씩 논란이 있다.[6] 타이탄은 질소를 주성분으로 하는 대기가 있어 생명체 탐사의 대상으로 주목받고 있다.[7] 이심률이 0.2를 넘거나 궤도경사가 기운 경우.[8] 닉스, 히드라, 스틱스, 케르베로스[9] 준위성이다.[임시위성] 자연 위성이지만, 떠날 가능성이 있거나 이미 떠난 임시 위성이다.[임시위성] [12] 동기도 단조롭고 한두 가지 감정에만 목숨거는 단편적인 면모의 주변인 캐릭터들 등을 주로 이리 칭한다. 당연히 이런 캐릭터들은 주변인과의 상호작용 묘사도 입체적이기 힘들어지고, 자연히 개인 서사나 입체성도 줄어들어서 결과적으로는 평면적이고 몰개성한 캐릭터들이 될 가능성이 높다. 이런 캐릭터들은 사실 작품 안에서의 용도나 만들어진 의도도 한두 개로 한정되어있기에 당연히 단편적이고 단조롭게 소모된다. 차라리 현실의 다목적 인공위성이 더 나을듯하다 물론 스토리 전개상 이런 캐릭터들이 필요할 때도 있지만, 이런 위성형 캐릭터들을 너무 많이 스토리 내에서 써먹는 작품의 경우 스토리의 질 자체도 점점 하락하는 경향을 보이기도 한다. (당연하다면 당연하달께 저런 주변인 캐릭터가 많아질수록 주역들의 주변도 대다수가 노잼화 + 소모품화가 진행되므로 스토리 자체도 그만큼 단조롭고 노잼화되어가기 시작한다. 그 대표적인 예시가 저질 양판소나 라노벨에서 자주 등장하는, 오오 주인공님 오오를 외칠 뿐인 히로인 하렘(...)[13] 사실 매체에 자주 등장하는 위성들이 다닥다닥 붙어있는 행성은 현실에서 존재하기 힘들다. 일단 위성이 많을 경우에는 거리가 많이 벌어져있는게 아닌 이상 중력 섭동으로 궤도가 흐트러지며 모행성에 충돌하거나 행성계에서 추방당한다. 위성이 너무 가까이 있을경우 모행성과 질량 차이가 큰게 아니라면 조석력으로 인해 모행성은 작열하는 지옥이 된다. 가끔씩 고리와 위성이 같이 존재할때도 있는데, 역시 모행성이 어지간히 큰게 아니라면 위성에 의해 고리는 흡수되거나 흐트러지게 된다. 사실 이건 신비롭고 아름다운 느낌을 주기위해 고증을 희생한 케이스다.