목성의 무게는 얼마일까?

위성의 공전 시간을 재요. 위성이 가까이서 빨리 돌수록 행성이 끌어당기는 힘이 세다는 뜻이에요. NASA 자료에 따르면 이오는 목성 중심에서 421,800km 떨어져 1.769일(152,854초)에 한 바퀴를 돌아요. 뉴턴이 다듬은 케플러 제3법칙에 넣으면 질량이 나와요. 4π² × (421,800,000m)³ ÷ (G × 152,854²)를 계산하면 약 1.90 × 10²⁷kg으로, 이것만으로도 공식 수치와 1%도 차이 나지 않아요.

탐사선은 훨씬 정밀하게 재요. 2016년부터 목성 궤도를 돌고 있는 NASA의 주노 탐사선은 심우주 통신망(DSN)과 전파 신호를 주고받아요. 목성의 중력이 탐사선을 빠르게 했다 느리게 했다 하면 신호의 주파수가 살짝 바뀌는데(도플러 효과), 이 변화로 목성의 중력을 자세히 그려 낼 수 있어요.

추적으로 실제로 재는 건 질량에 중력 상수 G를 곱한 값이에요. NASA는 126.687 × 10⁶km³/s²로 제시해요. 약한 고리는 G예요. 이 곱보다 훨씬 덜 정확하게 알려져 있어서, kg으로 나타낸 목성의 질량은 (1.89813 ± 0.00019) × 10²⁷kg, 약 1만분의 1 정확도로 인용돼요.

NASA가 제시한 수성, 금성, 지구, 화성, 토성, 천왕성, 해왕성의 질량을 모두 더하면 약 768.6 × 10²⁴kg이에요. 목성 혼자 1,898 × 10²⁴kg이니 나머지를 다 합친 것의 2.47배예요. 두 번째로 무거운 토성도 목성 질량의 3분의 1이 안 돼요.

그래도 태양에 비하면 작아요. 태양은 목성보다 약 1,047배 무거워요. 그래도 목성은 꽤 무거워서, 태양과 목성이 함께 도는 중심점은 태양 표면 바로 바깥, 태양 중심에서 태양 반지름의 약 1.07배 되는 곳에 있어요. 다른 행성은 모두 태양과의 무게중심이 태양 안쪽에 있어요.

크기에 비하면 목성은 가벼워요. 부피는 지구의 1,321배인데 질량은 318배뿐이에요. 대부분 수소와 헬륨으로 되어 있기 때문이에요. 평균 밀도는 1,326kg/m³로, 물보다 3분의 1쯤 높고 지구의 4분의 1 정도예요.

약 75~80배예요. NASA에 따르면 목성은 별과 재료는 같지만, 불이 붙을 만큼 무거워지지 못했어요. 중심부에서 보통 수소를 핵융합하려면 목성 질량의 약 80배, 즉 약 1.5 × 10²⁹kg, 태양 질량의 7.6%가 필요해요.

그 사이에 갈색왜성이 있어요. NASA 제트추진연구소(JPL)는 갈색왜성의 질량을 목성의 13~80배로 설명해요. 별처럼 수소를 태우기에는 너무 가벼워요.

질량을 더해도 목성이 많이 커지지는 않아요. 내부가 이미 꽉 눌려 있어서, 질량이 약 40% 넘게 늘면 중력이 더 세게 압축하는 바람에 오히려 작아져요.

주노의 중력 측정 결과, 목성에는 많은 모델이 예상했던 작고 단단한 암석 핵이 없었어요. 대신 무거운 원소들이 수소, 헬륨과 섞여 행성 바깥쪽까지 넓게 퍼진 ‘묽은’ 핵을 이루고 있는 것으로 보여요. 주노 연구진이 참여한 2017년 연구는 이 무거운 원소의 양을 지구 질량의 7~25배, 전체의 약 2~8%로 추정했어요.

나머지는 대부분 수소와 헬륨이에요. 대기에서는 질량으로 약 76%와 24%를 차지해서, 태양의 구성비와 비슷해요.