[아하! 우주] 토성의 ‘비행접시 위성’ 알고 보니 정면충돌로 생성

토성은 수많은 위성을 거느리고 있다. 사실 위성과 고리 질량의 대부분은 유일한 거대 위성인 타이탄이 차지하고 있지만, 나머지 작은 위성들도 저마다 각자의 특징과 사연을 지니고 있어 과학자들에게 흥미로운 연구 대상이다. 예를 들어 간헐천의 존재가 발견된 위성 엔셀라두스는 지름 500km의 작은 크기지만, 생명체 존재 가능성 때문에 미래 주요 탐사 목표 중 하나다.

임무를 종료하기 전 미 항공우주국(NASA)의 카시니 탐사선은 토성의 안쪽 궤도를 공전하는 작은 위성인 판(Pan)과 아틀라스(Atlas)의 근접 촬영 사진을 지구로 전송했다. 그런데 지름 30-40km의 작은 얼음인 판과 아틀라스의 모양은 예상치 않게 비행접시처럼 적도 주변으로 큰 원반 구조를 지닌 타원형이었다. 당연히 과학자들은 그 생성 원인에 대해 궁금증을 품었다.

베른 대학의 연구팀은 작은 얼음 위성의 충돌이 그 원인이라고 생각하고 정교한 충돌 시뮬레이션을 통해 과거 토성의 안쪽 궤도에서 발생한 일을 재구성했다. 그 결과 판이나 아틀라스 같은 형태가 되기 위해서는 느린 속도로 정면충돌해야 한다는 사실이 밝혀졌다.

예상 충돌 속도는 초속 수십 미터 정도로 위성의 크기를 생각하면 매우 느린데, 만약 상대 속도가 빠르면 단단하지 않은 얼음 위성이므로 파괴될 것이다. 여기에 속도가 적당하더라도 각도가 조금만 틀어지면 판이나 아틀라스 같은 비행접시 모양이 아니라 길쭉한 감자처럼 생긴 위성인 프로메테우스처럼 되는 것으로 나타났다.

두 개의 위성이 정확한 각도로 천천히 충돌하는 경우는 좀처럼 없을 것 같지만, 토성의 위성이 매우 많을 뿐 아니라 고리 안쪽의 작은 위성들은 여러 차례 충돌, 합체, 파괴의 과정을 거쳤을 가능성이 있다. 오랜 역사를 거치면서 결국 살아남은 위성들은 안정적인 속도와 각도로 충돌한 결과물이다.

다만 이번 연구가 판과 아틀라스의 미스터리를 모두 해결했다고 보기는 어렵다. 정확한 생성 원인을 알기 위해서는 매우 정밀한 근접 탐사가 필요하다. 당장에는 탐사 목표에서 우선순위에 들기 어려운 작은 위성이지만, 언젠가 직접 탐사선을 보내 그 비밀을 풀어낼 것으로 생각된다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com