태양계 행성중 가장 많은 위성 거느린 토성[김정욱의 별별이야기](39)

토성 위성들 중 엔셀라두스와 타이탄, 생명체 존재 가능성 높아
토성의 고리, 최근 연구 결과 45억년 아닌 4억년 전 생성 확인

[서울경제]

마지막 남은 블루오션 우주. 미국과 러시아, 중국, 인도 등은 일찌감치 우주의 가치에 눈을 뜨고 그 공간을 개척하고 있습니다. 우리나라도 이제 본격적으로 우주개발에 뛰어들고 있죠. 미지의 우주, 그 광활하고 거대한 세계에 대한 이야기를 어린이부터 성인까지 누구나 쉽게 이해할 수 있도록 재미있게 풀어내려 합니다. <편집자주>

제임스웹우주망원경의 근적외선카메라로 촬영한 토성의 모습. 사진제공=우주망원경과학연구소

태양계의 여섯 번째 행성 토성은 멋진 고리를 가지고 있는 천체입니다. 토성은 목성처럼 가스로 이뤄졌으며 자전주기는 10시간 39분, 태양공전 주기는 29.5년입니다.

태양계 행성 중 두 번째로 큰 토성의 대기조성은 수소가 96%로 대부분을 차지하며, 나머지는 헬륨과 메테인, 암모니아, 에테인 등으로 이뤄졌습니다. 토성과 지구의 거리는 가장 가까울 때가 11억9500만km, 가장 멀 때는 16억6000만km입니다.

지구에는 달이 1개이지만 토성은 100개가 넘습니다. 토성의 위성은 현재 발견된 것만 145개로 태양계에서 가장 많죠. 특히 토성의 위성들 중 엔셀라두스와 타이탄에서는 생명체가 존재할 가능성이 높아 천문학계의 관심을 받고 있습니다.

신비로움을 주는 토성의 고리는 1609년 갈릴레오 갈릴레이가 처음 발견했습니다. 당시 갈릴레이는 망원경 성능이 좋지 못해 자신이 발견한 게 고리라는 것을 몰라 “토성의 양쪽에 귀 모양의 괴상한 물체가 붙어 있다”고 발표했습니다.

그리고 50년 뒤 네덜란드의 천문학자 크리스티안 호이겐스가 토성의 양쪽 귀는 고리임을 확인했습니다. 또 1675년 이탈리아의 천문학자 장 도미니크 카시니는 토성의 고리가 한 개가 아니라 여러 개로 이뤄졌다는 것을 알아냈습니다. 카시니는 토성 고리들 사이에 간격이 있다는 것을 발견했는데 이 간격을 ‘카시니 틈’ 또는 ‘카시니 간극’이라고 합니다.

토성의 위성 중 하나인 엔셀라두스. 과학계에서는 이 곳에 생명체가 존재할 가능성이 높다고 보고 있다. 사진제공=나사

토성의 고리는 주로 얼음으로 구성돼 있습니다. 과학자들은 토성이 생성된 후 남은 물질이 고리를 이룬 것으로 추정했습니다. 토성은 지구처럼 45억년 전에 생성됐습니다.

그 동안 과학자들은 토성의 고리도 45억년 가량 됐을 것으로 봤습니다. 그런데 이 고리는 4억년 전에 생겼다는 연구결과가 최근에 나왔습니다.

미국 볼더 콜로라도대학교 대기·우주물리학 연구소(LASP)의 사샤 켐프 교수팀은 지난 5월 과학저널 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’를 통해 “토성 주변의 먼지들을 분석해 고리들이 4억년 전 형성됐다는 강력한 증거를 확인했다”고 밝습니다.

연구진은 토성 고리의 먼지를 분석해 해답을 얻었습니다. 켐프 교수는 “작은 암석 알갱이들이 거의 일정하게 항상 지구를 포함한 태양계를 통과해 흘러가고 있다”며 “어떤 경우에는 토성 고리를 구성하는 얼음 같은 행성 구성 물체에 얇은 먼지층을 남길 수 있다”고 설명했습니다.

연구팀은 2004년부터 2017년까지 토성 주변을 비행하며 탐사 활동을 한 미국 항공우주국(NASA·나사)의 토성 탐사선 카시니호에 탑재된 우주먼지 분석기(CDA)를 이용해 토성 주변의 우주 먼지들을 분석했습니다.

연구팀은 “이 장치가 13년간 채집한 토성 밖에서 온 우주먼지 알갱이는 163개에 불과했지만 이것으로 토성 고리의 나이를 밝히는 데는 충분했다”며 “집에 있는 탁자에 쌓인 먼지를 손가락으로 만져보고 얼마나 오래됐는지 가늠해보는 것과 같은 원리다”고 전했습니다.

켐프 교수는 “토성 고리 나이는 대략 알게 됐지만 해결되지 않은 문제들이 남아 있는데 고리들이 처음에 어떻게 형성됐는지는 아직 알 수 없다”면서 “후속 연구를 위해 더 정교하게 제작한 먼지 분석기를 2024년 발사될 나사의 ‘유로파 클리퍼’ 탐사선에 탑재할 예정이다”고 밝혔습니다. 유로파 클리퍼는 목성의 위성인 유로파 탐사가 목적인데 유로파 인근에서 이웃 행성인 토성의 고리도 분석할 예정입니다.

토성은 화성만큼이나 대중매체에 자주 등장하는 행성입니다. 2014년 개봉한 크리스토퍼 놀란 감독의 영화 ‘인터스텔라’에서는 웜홀(우주에서 먼 거리를 가로질러 지름길로 빠르게 이동할 수 있다는 가설적 통로)이 토성 근처에서 발생했다는 장면이 나옵니다.

영화의 주인공들이 타고 있는 우주선 ‘인듀어런스’호가 토성 옆을 지나는데 이때 토성의 압도적인 크기와 고요함은 인간이 얼마나 작은 존재인지를 실감케 해주기도 합니다.

김정욱 기자 mykj@sedaily.com