태양계에서 가장 크고 인상적인 토성의 독특한 고리가 형성된 지 얼마 되지 않을 뿐만 아니라 남은 수명도 길지 않을 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

미국 항공우주국(NASA)은 토성 탐사선 '카시니'호가 13년간 관측하며 수집한 자료를 토대로 토성의 고리 형성 시점과 수명 등을 다룬 3편의 논문을 홈페이지에 소개했다.

이 논문들은 NASA '에임스연구센터' 과학자들이 참여해 작성한 것으로, 토성 고리의 질량과 '순도', 외부 물질이 첨가되는 속도와 영향 등을 종합적으로 고려한 결과 천문학적 견지에서 볼 때 "젊고, 수명도 짧다"는 결론을 내놓았다.

▲ 카시니호가 2010년 1월 230만㎞ 밖에서 포착한 토성과 고리.

NASA에 따르면 토성의 고리는 거의 순수한 얼음으로 돼 있다. 모래알보다 작은 소행성 파편 등과 같은 미소 유성체가 고리에 유입돼 비얼음 '오염물'을 구성하는데, 전체 질량에서 차지하는 비중은 극히 일부에 불과하다.

이 오염물이 고리 안에 있는 입자와 지속해서 충돌하며 토성 주변에 형성된 고리의 물질을 형성하는데, '사이언스 어드밴시스'(Science Advances)에 발표된 논문은 비얼음 물질의 유입률을 분석하고 고리 형성 이후 얼마나 오염됐는지를 들여다봤다.

이를 통해 토성의 중력이 미소 유성체를 고리 안으로 효과적으로 끌어들인다는 점을 확인했으며, 46억년에 걸친 태양계와 토성의 역사에서 수억 년 이상 이런 미소 유성체 폭풍에 노출되지는 않았을 것이라는 증거가 됐다.

행성과학 저널 '이카로스'(Icarus)에 발표된 논문은 미소 유성체의 충돌과 이 과정에서 생성된 물질의 고리 내 분포 방식을 분석해 현재와 같은 상태에 이르는데 수억 년밖에 안 걸렸다는 점을 보여줌으로써 토성의 고리가 상대적으로 젊다는 점을 뒷받침했다.

이카로스에 발표된 또 다른 논문은 토성의 고리가 얼마나 더 지속할 것인지에 초점을 맞췄다.

지난 2017년 9월 15일 토성 대기에 뛰어들어 산화하며 임무를 마친 카시니호는 토성의 가장 안쪽 고리에서 물질이 행성 쪽으로 떨어지면서 질량을 빠르게 잃고 있다는 점을 발견했는데, 이 논문은 최초로 고리 물질이 빠져나가는 것을 정량화했다.

연구팀은 고리 안의 유성체가 기존 입자들과 충돌하고 이를 통해 생성된 물질이 밖으로 빠져나가는 방식이 결합해 고리 물질을 행성 쪽으로 실어 나르는 일종의 컨베이어 벨트를 형성한 것으로 제시하면서 수억 년 안에 고리가 사라질 수도 있는 것으로 밝혔다.

논문 세 편에 모두 공동 저자로 참여한 에임스 센터 연구원 폴 에스트라다는 "이런 결과들은 외부 잔해가 (고리로 유입돼 기존 입자들과) 지속해서 충돌하면서 고리를 오염시킬 뿐만 아니라 고리를 줄이는 역할도 한다는 점을 얘기해주는 것으로 보인다"면서 "천왕성과 해왕성의 희미하고 어두운 고리도 이런 과정의 결과물일 수 있다"고 했다. 그러면서 "상대적으로 크고 얼음이 많은 토성의 고리는 아직 젊다는(오래되지 않았다는) 점을 나타내는 것"이라고 덧붙였다.

과학팀  press@jeonpa.co.kr

<저작권자 © 전파신문, 무단 전재 및 재배포 금지>