[사이테크+] "토성에도 대기에 수백 년 동안 흔적 남기는 거대폭풍 분다"

美 연구팀 "대기 중 암모니아 농도 이상 분포 발견…과거 거대폭풍 영향"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 토성에도 태양계에서 가장 규모가 큰 폭풍으로 유명한 목성의 대적반(Great Red Spot)처럼 수백 년간 지속해서 대기에 영향을 미칠 정도로 거대한 폭풍이 분다는 연구 결과가 나왔다.

토성 북반구를 휘감고 있는 거대 폭풍 미국 항공우주국(NASA) 토성 탐사선 카시니호가 2011년 2월 25일 촬영한 토성 북반구의 거대폭풍. 천문학자들은 대기 깊숙한 곳에서 수백 년 전 발생한 거대폭풍의 흔적들을 발견했다. 어두운 줄무늬는 토성 고리들의 그림자이다. [NASA/JPL/Space Science Institute 제공. 재판매 및 DB 금지]

미국 버클리 캘리포니아대(UC Berkeley)와 앤아버 미시간대 연구팀은 14일 과학저널 '사이언스 어드밴시스'(Science Advances)에서 토성에서 방출되는 전파를 분석, 대기 깊숙한 곳에서 수백 년 전 발생한 거대폭풍의 흔적들이 여전히 남아 있다는 사실을 발견했다고 밝혔다.

토성에서는 20~30년마다 허리케인과 비슷하지만 규모는 훨씬 큰 거대폭풍이 부는 것으로 알려졌지만, 수소와 헬륨이 주성분이고 미량의 메탄, 물, 암모니아가 섞여 있는 토성 대기에서 이런 거대폭풍이 발생하는 원인은 밝혀지지 않았다.

거대폭풍 영향을 보여주는 토성의 전파망원경 이미지 2015년 5월 미국 뉴멕시코주에 있는 전파망원경 칼 G. 잰스키 초대형 배열(VLA)로 촬영한 토성 전파 이미지. 토성 대기의 암모니아는 전파를 차단하기 때문에 밝은 부분은 암모니아가 고갈돼 VLA가 대기의 더 깊은 곳까지 볼 수 있는 영역이다. 북위도의 넓은 밝은 띠는 2010년 발생한 거대폭풍의 여파로 맨눈으로 보이는 얼음 구름 바로 아래의 암모니아 가스가 고갈됐음을 시사한다. [R. J. Sault and I. de Pater 제공. 재판매 및 DB 금지]

40여년 간 태양계 가스형 행성들을 연구해온 버클리 캘리포니아대 임케 드 페이터 교수는 이 연구에서 미국 뉴멕시코주에 있는 전파망원경 칼 G. 잰스키 초대형 배열(VLA)로 토성 내부 깊은 곳에서 방출되는 전파를 조사했다.

연구팀은 이를 통해 대기 중 암모니아 가스 농도의 비정상적인 분포를 발견했으며, 그 원인이 북반구에서 일어난 거대폭풍과 관련이 있다는 사실을 밝혀냈다.

암모니아 농도는 최상층 암모니아 얼음 구름층 바로 아래의 중간 고도에서는 낮지만 그보다 100~200km 깊은 저고도에서는 농도가 더 높아지는 것으로 나타났다.

연구팀은 거대폭풍이 발생할 때 암모니아가 비가 되어 내리고 재증발하는 과정을 통해 대기 상층부에서 아래를 이동하며, 이런 효과는 수백 년 동안 지속될 수 있는 것으로 보고 있다.

카시니호 광학 사진과 VLA 전파 사진을 합성한 토성 모습 광학 사진에는 다른 색 띠 형태의 대기가 부드럽게 이어지는 것으로 보이지만 VLA 전파 사진에는 띠 구분이 더 명확하게 드러난다. VLA 데이터를 분석 결과 거대폭풍이 암모니아를 상층 대기에서 하층으로 운반하는 것으로 밝혀졌다. [S.Dagnello(NRAO/AUI/NSF), I.de Pater et al(UC Berkeley) 제공. 재판매 및 DB 금지]

또 이 연구에서는 모두 수소 가스로 이루어져 있는 토성과 목성이 매우 다르다는 사실도 드러났다. 목성에서도 대류권 이상 현상이 관측되지만 이는 하얗게 보이는 구역과 어둡게 보이는 띠 영역의 차이에 의한 것이지 토성처럼 폭풍에 의한 것은 아니라는 것이다.

연구팀은 이 거대한 이웃 가스 행성들 사이의 큰 차이는 가스 행성과 다른 행성에서의 거대폭풍 발생에 대한 기존 가설에 배치되는 것이라며 향후 외계 행성에서 거대폭풍을 발견하고 연구하는 방법에 영향을 미칠 수 있다고 말했다.

논문 제1 저자인 리 청 미시간대 교수는 "전파 관측은 거대행성 대기의 열 수송, 구름 형성, 대류 등 현상을 밝혀내는 데 도움이 된다"며 "태양계에서 가장 큰 거대폭풍들의 메커니즘을 이해하면 허리케인 이론을 더 넓은 우주적 맥락에 적용, 지상 기상학의 경계를 넓힐 수 있을 것"이라고 말했다.

scitech@yna.co.kr

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