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"토성 고리들 형성 시기는 1억∼1천만년 전"

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"토성 고리들 형성 시기는 1억∼1천만년 전"

2019.01.20 09:18

토성을 둘러싼 화려한 고리들은 45억년 전 토성과 함께 만들어지지 않고 훨씬 늦은 1억∼1천만년 전에 형성된 것으로 추정된다는 연구 결과가 나왔다.

 

이탈리아 로마사피엔자대와 볼로냐대, 미국 버클리 캘리포니아대, 미국항공우주국(NASA) 제트추진연구소(JPL) 등 국제 공동연구팀은 18일 국제학술지 '사이언스'(Science)에서 지난해 9월 진행된 토성탐사선 카시니호의 최후임무인 '그랜드 피날레' 탐사 자료를 분석, 이런 결론을 얻었다고 밝혔다.

토성탐사선 '카시니호'의 최후임무 '그랜드 피날레' 상상도
NASA/JPL-Caltech 제공

카시니호는 지난해 9월 15일(미국시간) 토성과 고리 사이의 틈으로 하강해 그동안 근접 탐사가 이루어지지 않은 화려한 고리들 안쪽과 토성 대기권을 탐사하는 '그랜드 피날레' 임무를 수행하고 관측 데이터를 지구로 보낸 뒤 불타며 20년의 탐사 여정을 마쳤다.

 

연구팀은 카시니호가 6차례에 걸쳐 토성과 고리 사이를 통과하면서 지구로 보내오는 전파의 변화를 관측하고, 이를 토대로 토성 내부구조와 토성 표면의 바람, 고리의 질량과 나이 등을 분석했다.

 

카시니호가 토성 고리 밖 궤도를 돌 때는 고리의 중력 효과와 토성 자체의 중력 효과가 함께 얽혀 있어 중력장 측정으로 고리의 나이와 직접 관계가 있는 고리 질량을 측정하는 것이 어렵다. 하지만 카시니호가 토성과 맨 안쪽의 고리 사이를 지날 때는 토성의 중력과 고리의 중력이 작용하는 방향이 반대가 돼 이를 분석, 고리의 질량을 측정할 수 있다.

 

연구팀은 카시니호가 토성과 고리 사이를 통과할 때 카시니호가 지구로 보내오는 전파의 주파수가 변하는 '도플러 편이'(Doppler shift)가 나타나는 것을 정밀 측정, 토성의 중력장을 분석했다.

이들은 분석결과 토성의 중력이 이론적 예상치에서 벗어나는 것으로 나타났다며 이는 토성 대기가 최소 9천㎞ 깊이까지 부분적으로 다르게 회전해야 설명이 가능하다고 밝혔다. 토성을 이루는 가스층이 고도에 따라 자전주기가 다른 미분회전(differential rotation)을 한다는 것이다.

토성 표면에서 관측되는 동-서풍이 최소 9천㎞ 깊이까지 미치는 것으로 나타났다.

 

연구팀은 토성 고리의 총질량은 1.54×10^19㎏(10의 19제곱㎏)이며 이는 지름이 390㎞인 토성의 위성 '미마스' 질량의 40% 정도에 해당한다고 밝혔다.

 

이런 질량을 토대로 고리들이 토성이 형성된 45억년 전이 아니라 1억∼1천만년 전 형성된 것으로 보인다며 과거에는 고리 질량이 지금보다 더 컸을 것으로 추정했다.

 

연구팀은 카시니호의 중력 데이터를 이용해 추정한 고리의 질량은 이들 고리가 근래에 생성됐음을 시사한다면서 그러나 이 데이터들은 토성 고리들이 어떻게 근래의 짧은 기간에 생성됐는지에 대해서는 정보를 제공하지 못한다고 밝혔다.

 

카시니호 '그랜드 피날레' 관측 데이터 설명도
NASA/JPL-Caltech 제공 

 

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