[과학]매력적인행성.토성(Saturn)

고리를 가진 매력적인 행성 토성 (다음 발췌)

  태양계의 7대 불가사의 중 하나인 토성. 토성은 아름다운 고리로 인해 태양계에서 가장 아름다운 행성으로 알려져 있다. 토성에는 여러 개의 위성이 있는데 그중 '엔셀라두스'와 '타이탄'은 생명체가 존재할지도 모르는 가능성을 지닌 별이다. 토성에 대한 탐사는 어떻게 지구에 생명체가 성공적으로 정착했는지를 알 수 있는 귀중한 기회가 될 것이다. 토성은 태양계에서 두번째로 큰 행성이다. 이웃의 거대한 가스행성은 목성처럼 그 가스 덕분에 아름답게 보일 뿐이다. 내부는 액체이고 외부 대기는 가스로 이루어진 거대한 공이다. 깊이 들어갈 수록 뜨거워지고 압력이 높아진다. 더 깊이 들어가면 유체 효과가 나타나며 우리가 이해할 수 없는 이상한 물리현상도 일어난다. 토성은 765개의 지구를 삼킬 만한 몸집이지만 밀도가 아주 작아 물에 뜰 수 있을 정도이다. 토성의 공전주기는 29.42년이고, 자전주기는 10시간 39분이다.

목성과 비슷하게 대기층이 보인다. (다음 발췌)

  토성의 대기는 목성처럼 띠가 존재하는데, 목성보다 희미하고 적도면에서는 상대적으로 두껍다. 하지만 목송에 비해 소용돌이 수가 적고, 가끔 커다란 소용돌이가 나타나지만 목성의 대적점에 비해 아주 작다. 토성 표면(구름 윗부분)의 온도는 약 -176도로 아주 낮다. 낮은 온도로 인해 구름들이 낮은 고도에 위치하여 목성에 비해 색이 뚜렷하지 않다. 토성 또한 목성처럼 태양으로부터 받는 에너지의 양보다 더 많은 에너지를 발산한다. 하지만, 목성과 같이 중력 수축에 의한 에너지로는 설명이 부족하다. 천문학자들은 그 에너지의 원천을 '헬륨 강우'에 두고 있다. 즉 다른 목성형 행성들에 비해 대기 상층부에 헬륨이 적은 것으로 설명하는 것인데, 온도가 낮은 토성에서는 헬륨들이 아래로 하강하면서 액체수소 속을 지나갈 때 그 마찰에 의해 에너지가 발생한다는 것이다. 

거대한 몸에 비해 빠른 속도로 자전을 하기 때문에 납작한 형태로 보인다. (다음 발췌)

  위에서 언급했듯이 밀도가 아주 낮아, 태양계에서 가장 낮고 물의 밀도보다 낮은 수치이다. 토성은 겉보기에도 납작하게 보이며 편평도는 0.108이다 이것은 토성의 빠른 자전과 유동체의 성질 때문이다. 토성은 탐사선의 관측 결과 약 10시간 39분은 주기로 자전을 하며, 자전축은 약 27도 기울어져 있다. 토성의 자전축은 이와같이 기울어져 있는데 기울어진 상태로 공전을 하므로 지구처럼 계절이 생긴다. 토성의 경우도 목성처럼 액체금속 수소로 인해 자기장이 존재한다고 알려져 있다. 하지만 목성에 비해 약한 자기장을 가지고 있고, 태양풍이 강할 때는 토성 반지름의 약 20배까지 줄어들었다가 태양풍이 약해지면 30배 이상까지 늘어난다고 한다.

신비로운 토성의 고리들 (다음 발췌)

  토성의 고리는 1609년 갈릴레이가 최초로 발견하였으나, 당시 망원경의 성능이 좋지 않아 자신이 발견한 것이 고리임을 확실하게 알지 못했고, 그로부터 약 50년 뒤 네덜란드의 천문학자인 호이겐스가 고리임을 밝혀냈다. 그리고 1675년 이탈리아의 천문학자인 카시니가 더욱 좋은 망원경을 이용해 토성의 고리를 자세히 관찰하여 토성의 고리가 하나가 아닌 여러개로 이루어졌다는 사실을 알아냈다. 또한 그는 고리사이의 거대한 간격을 찾아내었으며, 이 간격이 바로 '카시니 간극(카시니 틈)'이다. 현대의 탐사선으로 관측한 결과 토성의 고리는 수많은 얇은 고리들로 이루어져 있으며, 이 고리들은 레코드판처럼 곱게 나열되어 있고, 고리의 입자들은 중력에 의해 납작해져 있다. 토성의 고리는 적도면에 자리 잡고 있고, 토성 표면에서 약 7만~14만 km까지 분포하고 있다. 최근의 연구결과로는 직격이 약 30만 킬로미터에 달하며 끝에서 끝까지가 지구에서 달까지의 거리와 비슷하다고 한다. 많은 천문학자들은 토성이 생성된 뒤 남은 물질이 고리를 형성하고 있다고 추측하고 있다. 즉 성운에서 토성이 되고, 이와 같은 시기에 고리도 생성되었다는 설이다. 이는 토성의 거대한 고리계를 설명할 수 있으며, 고리의 희박한 밀도 등 여러 가지를 설명할 수 있으나, 어떻게 고리가 45억 년을 유지될 수 있었는지 설명하기는 어렵다. 그래서 불가사의인 것이다. 또 다른 견해는 토성의 강한 중력에 못 이겨 산산조각이 난 위성의 잔해물이라 보는 학자들도 있다. 즉 위성이나 유성체, 혜성과 같은 천체들이 토성에 가까이 접근하면 조석력에 의해 부서지게 되고, 이후 잔해들이 남아 상호 마찰로 인해 더욱 잘게 부서져 고리를 만든다는 설이다.

토성의 수많은 위성들 (다음 발췌)

  토성은 수십 개의 위성을 가지고 있다. 이 위성들은 대부분 얼음 덩어리로 이루어져 있고, 일부는 암석도 섞여있다. 토성의 위성들을 보면 상대적으로 커다란 위성은 처음 생긴 충돌 구덩이가 그대로 보존되어 있지 않다. 즉 어떠한 내부 열원으로 표면이 변했다는 것을 추측할 수 있다. 하지만, 상대적으로 작은 위성은 충돌 구덩이가 그대로 보존되어 있다. 따라서 천문학자들은 토성의 위성이 몇 개의 큰 천체가 깨어져 형성된 것이라 추측한다. 토성에는 태양계에서 두 번째로 큰 위성인 '타이탄'을 가지고 있다. 목성의 가니메데 다음으로 큰 위성이다. 타이탄이 발견된 후 카시니는 1671년부터 1684년 사이에 이아페투스, 테티스, 디오네 등 몇몇 위성들을 추가로 발견해 토성 연구에 큰 공을 세웠다. 최근의 연구결과에 따르면 위성중 하나인 안셀라두스는 직경 500킬로미터의 작은 별이다. 특이한 지질학적 특성을 갖기엔 너무 작지만 산맥과 협곡이 있다. 이 원인은 남극의 간헐천에 의한 것으로 간헐천에 의해 물과 얼음이 거대한 균열에서 우주로 쏟아져 나오면서 협곡이 형성된 것이다. 놀라운 점은 남극이 뜨겁다는 점이다. 마치 지구의 북극이 적도보다 뜨겁다는 셈인데, 놀라운 일이다. 이에 가장 설득력 있는 설명은 남극의 얼음지각 밑에 숨은 대양, 혹은 바다가 수원이며 조수의 가열 작용에 의해 온도가 상승했다는 것이다. 엔셀라두스의 발견은 생명체 탐사에 있어서 놀라운 발견이다. 죽은 별로 여겨졌던 작은 위성의 남극에서 물과 얼음이 분출되는 점과 생명체를 위한 에너지, 물, 유기물, 질소, 기타 등등 모든 게 있다는 점이다. 생명체가 존재할 수 있는 모든 걸 갖추고 있어서 화성이나 유로파, 타이탄보다 우주생물학자들이 가장 가보고 싶어 하는 곳이 되었다.

토성을 탐사하는 카시니 호이겐스호 (다음 발췌)

  파이오니아 11호, 보이저 1,2호, 는 토성에 접근하여 수많은 데이터와 이미지를 촬영하였다. 2004년에는 카시니 호이겐스호가 토성 궤도에서 장기간 탐사를 시작했다. 그리고 2005년 1월 호이겐스 탐사선은 토성의 위성인 타이탄 지표에 투하되었다. 투하 과정에서 대기 분석 등의 미션을 수행하고 무사히 착륙했다. 2008년에 카시니호는 미션을 종료할 예정이었으나 2년이 연장되어 과제를 진행했다. 현대의 과학으로는 설명하기 어려운 많은 불가사의를 간직한 토성은 그 특이한 모양새로 많은 관심을 받는 행성이다. 수많은 위성들에도 많은 수수께끼가 있으며 앞으로 더 많은 연구가 필요한 곳이기도 하다. 신비한 수수께끼를 많이 간직한 토성은 참으로 매력적인 행성이다.

 

(한국 천체연구소 참조)