우주의 신비

[아하! 우주] 토성 위성 타이탄에 ‘얼음 모래 언덕’ 있다?

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▲ 카시니 관측 결과를 토대로 재구성한 타이탄의 사구 형성 과정. 1. 대기 중에서 톨린 형성 2. 탄화수소 구름 형성 3. 탄화수소의 눈과 비 4. 액체 탄화수소에 의해 톨린 등으로 구성된 입자가 하류로 내려감. 5. 바람에 입자가 날려 사구 지형 형성



지구의 사막에는 끊임없이 펼쳐진 모래 언덕 혹은 사구(sand dune) 지형이 존재한다. 바람에 의해 날려온 모래가 언덕을 만드는 것으로 사실 지구 이외의 행성에서도 볼 수 있다. 화성의 사막에도 다양한 형태의 사구 지형을 볼 수 있기 때문이다. 그런데 놀랍게도 태양계의 위성 가운데도 사구 지형이 관찰된 위성이 있다. 바로 토성의 위성 타이탄이다.

타이탄은 토성의 가장 큰 위성으로 태양계 위성 가운데는 유일하게 두꺼운 대기를 지니고 있다. 대기의 구성 성분은 독특하게도 메탄이나 이보다 더 복잡한 탄화수소 분자로 이로 인해 대기가 짙은 노란색 안개처럼 보인다. 그리고 태양계에서 유일하게 탄화수소가 응결되어 비와 눈으로 내린다. 액화 천연가스(LNG)가 비로 내리는 것과 마찬가지다. 이로 인해 타이탄에는 거대한 호수와 강이 존재한다.

과학자들은 이 과정을 상세히 관측하기 위해 카시니 탐사선에 여러 가지 탐사 장비를 탑재했다. 타이탄의 대기가 안개처럼 관측을 가로막고 있어 일반적인 카메라로는 표면 관측이 어렵기 때문이다. 하지만 구름을 투과하는 레이더와 다양한 파장에서 정보를 수집하는 VIMS 장치의 도움으로 타이탄의 복잡한 지형과 기상 현상에 대한 데이터를 수집할 수 있었다. 흥미로운 사실은 타이탄의 극지방에는 거대한 강과 호수가 있는 반면 적도 지역에는 거대한 사구 지형과 산맥, 평원 지형이 존재한다는 사실이다. 독일 행성 과학 연구소의 과학자들은 카시니 데이터를 분석해서 이 사구 지형의 생성 원인을 밝혀냈다.

연구팀에 따르면 타이탄의 사구 지형의 면적은 생각보다 커서 지구의 나미브 사막과 비슷한 크기인 300만㎢에 달한다. 이 지형이 생성된 이유는 지구와 유사하다. 일단 탄화수소의 구름이 적도 부근에 있는 산맥과 고산지대를 지나면서 눈과 비를 뿌린다. 물론 물이 아니라 메탄이나 더 복잡한 탄화수소 분자로 된 것인데, 이 가운데 타이탄의 대기에 풍부한 노란색의 탄화수소 분자인 톨린(tholine)이 얼어서 눈과 비슷한 입자를 형성한다.

톨린 얼음 입자는 메탄의 비에 씻겨 저지대 평원으로 이동하는 데 메탄이 증발하고 난 후에도 녹는 점이 높아 그대로 남게 된다. 톨린과 기타 물질로 형성된 얼음 입자는 타이탄의 낮은 기온에서는 마치 모래 입자와 비슷한 성질을 지닌다. 그래서 바람에 날려 얼음으로 된 모래 언덕을 형성하는 것이다.

흥미로운 사실은 VIMS 데이터 분석 결과 과거 생각과는 달리 이 입자에 물의 얼음도 포함되어 있다는 사실이다. 과학자들은 타이탄 자체는 물의 얼음이 풍부해도 표면에는 거의 없으리라 추정했다.

하지만 이번 관측 결과 소량이라도 얼음 상태의 물이 존재할 수 있음이 밝혀졌다. 이는 앞으로 태양계 탐사와 먼 미래 인류의 태양계 유인 임무에서 흥미로운 목표가 될 것으로 보인다.

사실 타이탄에서 가장 흥미로운 연구 목표는 탄화수소로 된 거대한 강과 호수다. 일부 과학자들은 어쩌면 이 호수에 원시적인 형태의 생명체가 탄생했을지도 모른다고 생각한다. 메탄이 액체가 될 정도로 기온이 낮지만, 생명체의 핵심 구성 성분인 탄화수소가 풍부하기 때문이다. 따라서 현재 타이탄에 보낼 잠수함에 대한 연구가 진행 중이다. 과학적 중요성은 태양계 유일의 탄화수소 호수가 먼저겠지만, 산과 평원, 얼음 사막이라는 이색적인 지형이 존재하는 적도 지역을 탐사할 로버 역시 앞으로 흥미로운 과학적 주제다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com 

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