[아하! 우주] 토성의 고리에는 특별한 수학적 법칙 있다

400여 년 동안이나 과학자들 사이에서 수수께끼로 남아있는 토성의 고리 ‘정체’의 일부가 밝혀졌다는 주장이 제기됐다.

영국 레스터대학 연구진은 최근 발표한 논문에서 “토성 고리를 구성하는 입자의 분포 특징을 알아냈다. 특히 이번 연구를 통해 토성 고리의 입자에서 볼 수 있는 특징이 토성뿐만 아니라 고리를 가진 다른 행성에게도 적용할 수 있을 것으로 보인다”고 설명했다.

일반적으로 토성의 고리를 구성하는 대부분은 얼음이며 소수는 바위인 것으로 알려져 있다. 다만 이러한 구성요소들의 입자 크기는 매우 다양한데, 이는 자연적으로 생겨난 것이 아닌, 매우 오래 전 입자들의 충돌로 인해 생겨난 것이라고 연구진은 주장했다.

실제 토성 고리를 구성하는 입자는 수 마이크로미터에서 크게는 10m 까지 다양한데, 사실 눈으로 확인할 수 있을 정도로 큰 입자는 매우 드물고 대부분은 육안으로 관찰하기 어려울 정도로 작은 것이 특징이다.

이번 연구에서 발견한 것은 이 다양한 크기의 입자의 ‘분포형태’다. 연구진에 따르면 크기가 1m인 입자의 양은 크기가 2m인 입자의 양에 비해 8배, 크기가 3m인 입자의 양에 비해 27배 더 많다.

즉, 토성의 고리에는 다양한 크기의 입자가 존재하며, 특히 크기가 작은 입자가 압도적으로 많다는 것. 크기가 큰 입자는 느린 속도로 다른 입자와 충돌하고 이 과정에서 작은 입자들이 생겨난다. 작은 입자들은 빠르게 움직이며 또 다른 입자들과 충돌을 빚고 이 과정에서 더 작은 입자들이 발생한다.

연구를 이끈 레스터대학의 니콜라이 브릴리안토브 박사는 “이러한 현상에서 특정한 수학적 법칙을 찾을 수 있다. 토성의 고리를 구성하는 입자들은 크기별로 각각의 특정한 분포형태를 가지고 있는 것”이라면서 “이를 목성이나 해왕성 등 고리를 가진 다른 행성에게도 적용해 보면 그들의 형성 과정을 연구하는데 도움이 될 것으로 보인다”고 기대했다.

한편 이번 연구결과는 미국 국립과학원회보(The Journal Proceedings of National Academy of Science) 최신호에 실렸다. 　

송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr