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2015년 미 항공우주국의 토성 탐사선 카시니호가 1만km 거리에서 적외선 필터를 통해 본 토성의 위성 타이탄. 1997년 발사된 카시니호는 2004년부터 2017년까지 토성 궤도를 돌며 탐사 활동을 했다. 나사 제공
2015년 미 항공우주국의 토성 탐사선 카시니호가 1만km 거리에서 적외선 필터를 통해 본 토성의 위성 타이탄. 1997년 발사된 카시니호는 2004년부터 2017년까지 토성 궤도를 돌며 탐사 활동을 했다. 나사 제공

태양계에서 가장 많은 위성을 거느리고 있는 토성의 위성 수는 145개다. 두번째로 많은 목성의 95개를 포함해 태양계 다른 행성의 위성 수를 모두 합친 것보다 많다.

이 가운데 가장 큰 위성인 타이탄은 목성의 가니메데에 이어 태양계에서 두번째로 큰 위성이다. 반지름이 2575km로 지구의 달보다 거의 50% 더 크다. 또 지구의 달처럼 앞면을 토성에 고정시킨 채, 토성에서 120만km 떨어진 거리에서 약 16일에 한 번씩 토성을 공전한다.

타이탄에는 메탄과 에탄을 포함한 탄화수소 물질로 이뤄진 바다와 호수가 있다. 표면에 액체로 가득찬 강과 호수, 바다를 갖고 있는 유일한 지구 외 천체다. 일부 호수는 미국의 오대호만큼 크다. 이는 2007년 미 항공우주국(나사) 우주탐사선 카시니호가 촬영한 사진을 통해 확인된 사실이다.

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과학자들은 주로 질소와 소량의 메탄으로 이루어져 있는 타이탄 대기에선 메탄 비가 내리면 강물이 흘러 호수와 바다를 만들고 다시 하늘로 증발하는, 지구의 물 순환 같은 체계를 갖고 있는 것으로 추정한다.

타이탄의 바다에서 해안선 지형을 바꿀 정도로 강한 메탄 파도가 치는 것으로 보인다는 연구 결과가 나왔다.

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카시니호에서 본 토성 위성 타이탄의 표면. 나사 제공
카시니호에서 본 토성 위성 타이탄의 표면. 나사 제공

타이탄의 해안선은 어떻게 만들어졌나

타이탄의 바다에 파도가 치느냐는 건, 카시니호가 바다를 발견한 이후 그동안 논란이 됐던 주제 가운데 하나였다.

미국 매사추세츠공대(MIT) 연구진은 카시니호가 찍은 사진과 이를 바탕으로 한 모의실험을 분석한 결과 타이탄의 해안선은 파도에 의해 형성됐을 가능성이 크다고 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 발표했다.

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연구진은 우선 타이탄에 파도가 일고 있는지 알아보기 위해 지구에서 호수가 침식되는 방식을 모델로 만들었다. 이어 이를 타이탄 바다에 적용해 어떤 형태의 침식이 카시니호가 촬영한 사진 속의 해안선을 만들어낼 수 있는 살펴봤다.

타이탄 바다에 해안 침식이 없는 경우와 파도에 의한 침식이 있는 경우, 액체 용해에 의한 침식이 있는 경우를 가정해 시뮬레이션한 결과, 파도에 의한 침식이 지금의 모양과 가장 비슷한 해안선을 만드는 것으로 나타났다. 연구진은 이를 지구의 사례와 비교한 결과 지구에서도 똑같은 모양이 만들어진 것을 발견했다.

토성 위성 타이탄의 지상 풍경을 상상해 그린 그림. 나사 제공
토성 위성 타이탄의 지상 풍경을 상상해 그린 그림. 나사 제공

연구진은 타이탄에서 가장 크고 지도가 잘 그려진 바다 4곳을 분석 대상으로 삼았다. 카스피해와 비슷한 크기의 크라켄해, 슈페리어 호수보다 큰 리게이아해, 빅토리아 호수보다 긴 풍가해, 같은 이름인 지구 온타리오 라쿠스해의 약 20% 크기인 온타리오 라쿠스해였다.

연구진은 카시니의 레이더 이미지를 사용해 타이탄 바다의 해안선을 그린 다음, 해안선 모델을 적용해 어떤 침식 방식이 해안선 모양을 가장 잘 설명하는지 확인했다. 그 결과 네 개의 바다 모두 파도에 의한 침식 모델에 잘 맞는다는 것을 발견했다.

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타이탄에서 두번째로 큰 메탄바다 ‘리게이아해’. 420kmx350km에 걸쳐 있다. 나사 제공
타이탄에서 두번째로 큰 메탄바다 ‘리게이아해’. 420kmx350km에 걸쳐 있다. 나사 제공

2028년 발사 드래곤플라이에 거는 기대

연구진은 그러나 이런 추정이 확실한 것은 아니며 파도의 존재를 확인하려면 직접 파도가 치는 모습을 관찰해야 할 것이라고 밝혔다. 나사는 2028년 발사하는 타이탄 탐사선 드래곤플라이에 기대를 걸고 있다. 헬리콥터 형태의 드래곤플라이는 2034년 타이탄 적도 지역에 착륙해 탐사 활동에 나선다.

타이탄의 바람은 어떻게 파도를 만들어낼까? 연구진은 현재 타이탄의 바람이 얼마나 강해야 해안을 반복적으로 깎아내릴 수 있는 파도를 일으킬 수 있는지 알아내는 연구를 하고 있다. 또 타이탄의 해안선 모양을 분석하면 바람이 주로 어느 방향에서 불어오는지도 파악할 수 있을 것으로 보고 있다.

공동저자인 테일러 페론 교수는 “우리가 타이탄의 바다 해변에 서 있다면 폭풍이 몰아칠 때 액체 메탄과 에탄 파도가 해안을 덮쳐 해안이 침식되는 것을 볼 수 있을 것”이라고 말했다.

*논문 정보

DOI: 10.1126/sciadv.adn4192

Signatures of wave erosion in Titan’s coasts

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr