[우주를 보다] 반대로 도는 토성의 ‘역주행 위성’ 포이베

태양계의 위성 가운데도 역주행하는 위성들이 있다. 보통 위성은 행성의 자전 방향과 같은 방향으로 공전하지만, 역행성 궤도(retrograde orbit) 위성들은 삐딱하게 반대 방향으로 공전한다. 대개 이런 역행성 궤도 위성은 달처럼 행성과 같이 탄생한 위성이 아니라 지나가던 소행성이 포획되어 위성이 된 경우다.

이런 역주행 위성 가운데서 가장 흥미로운 대상은 바로 토성의 위성 포이베(Phoebe)다. 이 위성은 1898년 처음 발견된 이래 2000년대에 새로운 위성들이 밝혀지기 전까지 토성에서 가장 먼 거리를 공전하는 위성이었다. 그 거리는 평균 1,295만km에 달한다. 공전 주기도 550일에 달해 지구의 공전 주기보다 더 길다. 본래 토성의 위성이 아니었다가 우연히 포획되어 위성이 되었다고 생각하면 이해가 되는 거리다.

그런데 정말 흥미로운 이야기는 2004년 미국항공우주국(NASA)의 카시니 우주선이 포이베에 2,000km 정도 떨어진 거리까지 근접해 관측한 이후다. 포이베는 약 200km 조금 넘는 지름을 가진 감자처럼 생긴 위성인데, 그 표면이 극단적으로 검었다. 이 위성의 알베도(빛을 반사하는 정도)는 0.06으로 석탄보다 더 어두운 위성이었다. 여기에 표면에는 수많은 거대 크레이터가 있어 많은 충돌을 겪었다는 사실을 알 수 있었다.

한편 2009년, 다른 과학자팀은 NASA의 스피처 적외선 우주 망원경을 이용해서 한 가지 놀라운 사실을 밝혀냈다. 그것은 토성의 주변에 아주 어두운 작은 입자로 구성된 거대한 고리가 있다는 것이다. 이 고리의 최대 지름은 토성 지름의 200배가 넘는 엄청난 크기였다.

본래 우리가 아는 토성의 고리는 전체 고리에 일부에 불과하다. 예를 들어 토성의 E 고리의 경우 너비가 무려 30만km에 달하는 큰 고리지만, 입자의 밀도가 낮아 잘 보이지 않는다.

그런데 새롭게 발견된 고리는 E 고리마저 작게 보일 만큼 거대한 고리였다. 과학자들은 카시니의 포이베 관측 결과와 스피처 망원경의 관측 결과를 종합해 이 고리가 포이베가 다른 천체와 충돌하면서 생성된 것이라는 결론을 내렸다. 따라서 새로운 고리의 이름은 포이베 고리(Phoebe ring)이라고 명명되었다.

아마도 포이베의 독특한 궤도가 잦은 충돌의 이유가 되었을지 모른다. 그리고 그 충돌 파편들이 검은 입자가 많은 포이베 고리의 기원이 된 것으로 보인다.

최근 메릴랜드 대학 및 버지니아 공대의 과학자들은 NASA의 다른 적외선 관측 위성인 WISE의 데이터를 이용해서 포이베 고리가 생각보다도 더 거대하다는 사실을 밝혀냈다. 이들의 새로운 관측 결과에 의하면 고리의 범위는 토성에서 640만km에서 1,600만km까지 펼쳐져 있다고 한다.

물론 포이베 고리는 대부분 작고 어두운 입자로 구성되어 있으며 밀도가 낮아서 적외선 영역에서만 관측할 수 있다. 아무리 좋은 광학 망원경이라도 인간이 볼 수 있는 파장인 가시광 영역에서는 이 고리를 보기 어렵다. 그래서 이제야 발견이 된 것이다.

종종 눈으로 보이는 것이 전부가 아닐 때가 있다. 토성의 고리에서 이 말은 전적으로 옳다. 이 발견 전까지 우리가 아는 토성의 고리는 정말 눈으로 보이는 극히 일부에 불과했다. 아마도 이 점은 토성의 고리뿐 아니라 다른 우주의 신비도 마찬가지일 것이다.

고든 정 통신원 jjy0501@naver.com