태양계에서 가장 파도가 잘 치는 장소는 토성의 위성 타이탄? [우주를 보다]

잔잔한 호숫가에 가벼운 산들바람이 불자 갑자기 큰 파도가 천천히 밀려드는 모습을 상상해 보자. 단 장소는 지구가 아니다. 바로 토성의 위성 타이탄의 이야기다. 타이탄에는 놀랍게도 큰 호수가 존재한다. 다만 물이 아니라 메탄과 에탄 같은 천연가스 성분이 액체 상태로 존재한다. 타이탄의 표면 온도는 평균 영하 179.00도로 매우 낮기 때문에 물은 암석처럼 단단한 얼음 상태로 존재하며 메탄가스도 액체 상태로 존재할 수 있다.

과학자들은 이 액체 탄화수소 호수에 어쩌면 생명체의 근간이 되는 복잡한 탄화수소가 존재할 수 있다고 보고 이 호수를 탐사할 계획이다. 미래 타이탄 탐사 계획 가운데는 잠수함이나 배 형태의 탐사선을 보내는 것도 포함되어 있다. 하지만 타이탄의 호수에서 임무를 수행할 수 있는 탐사선을 만들려면 파도의 높이나 액체의 점성 등 여러 특징을 먼저 파악해야 한다.

MIT 지구 대기 행성학과(EAPS)의 우나 슈넥 박사과정 연구원을 비롯한 과학자들은 외계 행성의 바다와 호수에서 파동이 어떻게 형성되는지 예측하는 ‘플래닛 웨이브(PlanetWaves)’ 모델을 만들어 이 질문에 대한 답을 찾았다.

연구팀은 다양한 온도, 밀도, 물질, 중력 상태에서 파도의 상태를 모델링한 후 이를 북미의 슈피리어 호수에서 20년간 수집된 방대한 부표 데이터를 이용해 검증했다. 참고로 타이탄의 큰 호수들은 북미의 오대호와 견줄만한 크기를 지니고 있어 지구에서 가장 적당한 비교 대상이다.

슈피리어 호의 실측 데이터를 플래닛 웨이브 모델에 넣어 검증한 결과 주어진 풍속에서 파도가 얼마나 높이 일어날지 정확히 예측하는 것으로 나타났다. 이 모델을 타이탄에 적용한 결과, 타이탄의 파도는 과거 생각과는 달리 매우 큰 것으로 드러났다. 타이탄의 중력이 지구보다 약할 뿐 아니라 액체의 밀도가 물보다 낮기 때문이다. 연구팀에 따르면 잔잔한 바람으로도 3m에 달하는 높은 파도가 생길 수 있다. 다만 파도의 속도는 느려서 만약 실제로 타이탄의 표면에서 파도를 보면 슬로우 모션으로 서서히 다가오는 큰 파도를 보게 될 것이라는 게 연구팀의 설명이다. 이는 나중에 타이탄 호수 탐사선을 개발할 때 중요한 정보가 될 수 있다.

물론 타이탄의 파도는 탐사선 개발뿐 아니라 타이탄의 호수 지형을 이해하는 데 중요한 열쇠가 될 수 있다. 지구에서는 강이 바다와 만나는 곳에 삼각주가 흔히 형성되지만, 타이탄에는 강과 해안은 많음에도 불구하고 뚜렷한 삼각주 지형이 드문 편이다. 어쩌면 강한 파도가 그 원인일 수 있어 앞으로 실제 탐사 결과가 주목된다.

추가적으로 연구팀은 타이탄에서 연구를 마치지 않고 외계 행성의 바다와 액체에서 어떤 파도가 생기는지도 분석했다. 그 결과 파도의 크기는 조건에 따라 천차만별인 것으로 나타났다. 예를 들어 ‘차가운 슈퍼지구’인 LHS1140b는 지구의 중력보다 훨씬 강한 중력을 가지고 있어, 동일한 강도의 바람이 불어도 파도는 훨씬 작게 형성되는 것으로 나타났다.

하지만 중력이 지구와 비슷하다고 해서 반드시 더 큰 파도가 생기는 것은 아니다. 지구와 비슷한 중력을 가진 케플러-1649b는 호수의 액체가 물보다 밀도가 높은 황산이기 때문에, 잔물결조차 일으키려면 막대한 에너지의 바람이 필요한 것으로 나타났다. 가장 극단적인 경우는 용암 행성인 55-Cancri e로, 지구에서 허리케인급의 강풍이 불더라도 용암의 높은 점성과 밀도 때문에 파도는 몇 센티미터 높이에 불과할 것으로 예상됐다.

물론 현재 과학기술로는 외계 행성의 파도를 직접 관측하기 어렵지만, 타이탄은 앞으로 많은 탐사가 예정된 위성이기 때문에 가까운 미래에 이를 직접 확인할 가능성이 높다. 화성 헬리콥터 인제뉴어티가 최초로 지구 밖에서 동력 비행에 성공한 것처럼 미래 타이탄 탐사선이 지구 밖에서 최초로 항해에 성공한 역사를 만들 날을 기대해 본다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com