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토성 고리가 ‘얼음 덩어리’인 이유 밝혀져



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기존 ‘위성 잔해’說 모순 해결
토성 주위를 돌고 있는 고리가 95% 이상 얼음으로 구성된 이유가 밝혀졌다.

미국 사우스웨스트 연구소 로빈 카눕 연구원은 “얼음과 암석으로 구성된 토성 주변의 위성들이 토성으로 빨려들어가는 과정에서 얼음층만 따로 벗겨진 것”이라며 “이 얼음이 모여 토성의 고리를 형성했다”고 밝혔다.

이번 연구결과는 토성의 고리가 토성 위성의 잔해라는 기존 학설을 재확인했다. 동시에 기존 이론이 제대로 설명하지 못했던 부분까지 밝혀냈다.

16세기에 발견된 토성의 고리는 학계의 미스테리였다. 위성들이 서로 부딪히거나 소행성과 충돌하면서 잔해가 생기고, 이들이 토성의 고리를 이뤘다는 주장은 기존에도 널리 알려져 있었다. 하지만 이 주장의 결정적인 약점은 토성의 고리가 95% 이상 얼음으로 이뤄진 이유를 명확하게 설명하지 못한다는 것이다.

토성의 고리가 위성에서 유래한 잔해라면, 이 위성들과 구성 성분이 같아야 한다. 하지만 토성의 위성은 암석이 50%를 차지한다. 나머지 절반이 얼음이다. 토성의 고리가 대부분 얼음으로 이뤄져 있는 사실과 배치되는 것이다. 이 같은 구성 성분의 차이에 대해 카눕 연구원은 “기존 이론이 성립하려면 (위성의 절반이 암석으로 구성돼 있으므로) 토성의 고리에 더 많은 암석이 존재해야 한다”고 말했다.





카눕 연구원은 토성의 고리에 얼음만 남게 된 이유를 컴퓨터 시물레이션으로 추적했다. 그는 45억 년 전 태양계가 형성됐을 때 토성과 위성 사이에 존재했던 수소기체 소용돌이에 주목했다.

그의 연구결과에 따르면 이 소용돌이는 1만년에 걸친 기간 동안 위성들을 토성 쪽으로 잡아당겼다. 궤도가 점차 작아진 위성들은 토성 중력권의 영향을 더욱 강하게 받게 되고, 결국 토성의 중력에 못이겨 토성으로 차례차례 빨려들어가 사라져 버렸다.

이 과정에서 위성 표면에 있는 얼음층이 벗겨져 토성의 중력과 반대 방향으로 위성에서 떨어져 나갔다. 이 얼음들이 훗날 지금의 토성 고리를 형성했다.

카눕 연구원은 “태양계의 다른 행성에는 적용되지 않는 이론”이라며 “목성, 천왕성, 금성에 있는 고리는 토성과 다른 방식으로 형성됐을 것”이라고 덧붙였다. 이 연구결과는 과학학술지 네이처 12일자에 게재됐다.

 

 



원호섭 동아사이언스 수습기자 wonc@donga.com



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