토성의 위성 타이탄. 나사 제공 |
태양계의 행성과 위성들은 모두 정해진 궤도를 따라 규칙적으로 공전하는 것처럼 보이지만, 과학자들은 사실 태양계 역사 초기 상당히 많은 충돌이 있었다는 사실을 알고 있다. 예를 들어 지구와 달 역시 원시 지구와 화성 크기의 원시 행성인 테이아가 충돌해서 생성된 것으로 여겨진다. 옆으로 누운 채 자전하는 천왕성 역시 충돌설이 제기되는 행성이다.
과학자들은 행성뿐 아니라 위성에서도 수많은 충돌의 흔적을 찾아냈다. 3일 학계에 따르면 미국 ‘지적 외계생명체 탐색(SETI) 연구소’의 마티야 추크 박사가 이끄는 연구팀은 최근 토성의 최대 위성 타이탄 역시 과거 다른 위성과 대규모 충돌을 했다는 연구 결과를 발표했다.
토성은 태양계에서 가장 많은 위성을 지닌 행성이지만, 사실 위성 질량의 대부분은 가장 큰 위성인 타이탄이 가지고 있다. 4개의 큰 위성을 지닌 목성과는 대조적이다. 타이탄은 태양계 최대 위성인 가니메데(목성의 위성) 다음으로 큰 위성이며 수성보다도 지름이 약간 크다.
이렇게 큰 위성이다 보니 가까이 있는 위성에게도 중력을 행사하는데, 3대4 궤도 공명을 이루는 위성인 히페리온(Hyperion)이 대표적이다. 히페리온은 360.2㎞×266.0㎞×205.4㎞의 감자 모양 형태의 위성으로 토성의 위성 가운데 8번째로 크다. 하지만 형태가 매우 특이해 다른 위성과는 기원이 다른 것으로 여겨져 왔다.
연구팀은 히페리온이 과거 타이탄에 충돌한 다른 위성의 파편일 가능성을 염두에 두고 연구를 진행했다. 앞서 MIT의 과학자들은 타이탄의 세차운동(자전축이 비틀거리면서 도는 현상)을 조사해 과거 타이탄이 다른 큰 위성과 충돌했을 가능성을 제기한 바 있다. 하지만 토성에는 타이탄 이외에는 비슷한 크기의 위성이 없어 대체 어떤 위성과 충돌했는지 미스터리로 남아 있었다.
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토성의 위성 히페리온. 나사 제공 |
이번 연구에서 SETI 연구팀의 시뮬레이션은 과거 충돌한 위성의 궤도가 히페리온과 거의 비슷하다는 점을 밝혀냈다. 충돌한 위성은 히페리온보다 큰 중간 크기 위성으로 충돌 후 남은 파편이 바로 히페리온인 셈이다. 물론 타이탄도 이 충돌로 지각이 파괴되는 큰 충격을 겪었다. 실제로 타이탄 표면에는 큰 크레이터가 없는데, 이는 지각이 최근에 다시 생겼다는 유력한 증거다. 또 이를 통해 이 충돌이 태양계 전체의 나이로 보면 최근인 수억 년 이내에 발생한 것으로 판단할 수 있다.
이번 연구에서 또 다른 흥미로운 가설은 타이탄과 히페리온의 대형 충돌의 결과로 지금처럼 큰 고리가 생겼을 가능성이다. 토성의 고리는 사실 토성이 생겨난 46억 년 전부터 있었던 것이 아니라 비교적 최근에 생긴 것으로 추정된다. 얼음 입자가 사라지는 속도를 생각하면 그렇게 오래전에 형성됐을 가능성이 낮기 때문이다. 만약 이 고리가 1억 년 전쯤 형성된 것이라면 타이탄과 히페리온의 대충돌의 결과물일 가능성이 높다.
다만 과학자들이 이에 대해 더 자신 있게 말하기 위해서는 추가 증거가 필요하다. 연구팀은 2034년 토성에 도착할 예정인 나사의 드래곤플라이 탐사선이 타이탄에 대해 큰 기대를 걸고 있다. 드래곤플라이 탐사선은 타이탄 표면을 이동하면서 많은 정보를 수집할 예정이다. 여기서 타이탄의 과거와 현재에 대한 많은 정보가 얻어질 것으로 기대된다.
고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com
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