토성의 고리가 사라지고 있다
토성의 고리가 사라지고 있다
  • 강지희
  • 승인 2019.06.07 23:15
  • 조회수 3348
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토성의 고리가 점점 사라지고 있다고 합니다. 미항공우주국 나사(NASA) 연구에 따르면 토성의 고리가 과학자들이 예상한 것보다 더 빠르게 붕괴되고 있으며 1억 년 이내에 고리가 아예 사라질 것으로 전망됩니다.

 

토성의 비

 

토성에 비가 내리고 있다고 합니다. '고리 비(ring rain)'라고 불리는데요. 나사에 따르면 현재 토성에서는 1초 당 1만kg의 고리 비가 내리고 있습니다. 고리 비는 토성의 고리가 붕괴되면서 만들어집니다. 토성의 고리를 형성하는 얼음 분자들은 같이 있는 바위들이나 태양으로부터 온 자외선과 충돌하게 됩니다. 충돌하면서 얼음 분자들은 기화됩니다.

가까이서 본 토성 고리 예상도. 출처: Wikimedia Commons
가까이서 본 토성 고리 예상도. 출처: Wikimedia Commons

기화된 얼음 분자들은 자기장에 끌려가는데요. 대기와 부딪혀 전하를 띤 물 분자를 형성합니다. 물 분자들은 대기 중에 타고 있는 토성 쪽으로 떨어집니다. 이 떨어지는 물 분자들이 고리 비입니다. 

 

토성의 자기장에 있는 고리 비는 오래 전 관측됐습니다. 1980년대 초 과학자들은 나사의 보이저 호가 보내온 정보를 토대로 어두운 띠를 발견하면서 고리 비의 존재가 드러났는데요. 어두운 띠는 고리가 사라지고 있다는 증거였습니다. 이 때 당시의 과학자들은 토성의 고리가 3억 년 이후 사라질 것이라고 예측했습니다. 

 

하지만 최근 과학자들은 카시니 호를 통해 고리 비가 더 많이 내린다는 점을 확인했습니다. 과학자들이 계산해보니 고리 비는 1억 년 이후에 사라질 거라는 계산이 나왔는데요. 토성의 나이가 40억년인 것에 비하면 고리의 수명이 너무 짧다고 할 수 있습니다.

 

토성을 토성답게 해주는 고리에 대하여

태양계. 출처: pixabay
태양계. 출처: pixabay

태양계의 외행성에는 목성, 토성, 천왕성, 해왕성이 있습니다. 외행성들은 모두 고리를 갖고 있는데요. 그 중에서도 토성은 태양계에서 고리가 가장 큽니다. 다른 행성들과 다르게 토성의 고리는 적당한 배율의 망원경만 있다면 관찰이 가능할 정도로 커다랗고 환합니다.

 

토성의 고리가 크고 환한 이유는 고리를 이루는 구성물질과 생성 원인이 다른 고리들과 약간 다르기 때문입니다. 고리는 얼음이나 바위 조각, 먼지 등으로 구성되어 있습니다. 토성의 고리는 특히 얼음조각들을 많이 갖고 있습니다. 고리의 구성 분자의 99.9%가 얼음 분자로 구성됐습니다. 덕분에 토성의 고리는 태양빛을 잘 반사시켜 환한 빛깔을 자랑합니다. 얼음들의 크기는 모래알부터 집채 만한 것까지 다양합니다.

 

고리 속의 얼음 덩어리가 원의 궤도에서 벗어나 토성 가까이 가면 그 안쪽에 있는 덩어리에 부딪히고 토성에서 멀어지면 그 바깥쪽에 있는 덩어리와도 충돌합니다. 오랜 시간 이후 이들은 모두 정확한 원형을 그리게 되죠. 고리의 얼음 덩어리들은 케플러의 법칙에 따라 토성에 가까우면 빠른 속도로, 멀어지면 느린 속도로 움직입니다.

 

토성 고리의 기원은 여전히 수수께끼입니다. 과학자들은 토성의 위성이 파쇄돼 고리가 되었거나 중력이 너무 강해 다른 작은 입자들을 찢어 분리시키고 붙지 못하게 해 입자들이 위성이 되지 못하고 고리의 구성입자로 남았다고 추측합니다. 최근에는 토성의 고리가 '로슈 한계'로 형성됐다는 분석도 나옵니다. 행성이 위성에 미치는 기조력(起潮力)이 위성을 파괴할 정도의 가능성을 띠는 구역의 최대 한계가 로슈 한계입니다. 태양계 내의 위성은 모두가 로슈 한계 바깥에 있지만, 토성의 고리는 그 한계 안에 있습니다.

 

로슈 한계 이내로 접근한 천체는 산산이 분해돼 행성 주위로 흩어지고 공전 궤도를 따라 넓고 평평한 고리를 형성합니다. 토성의 고리도 이와 같은 과정으로 생긴 것이라는 설명입니다. 

토성이 앞으로 수억 년 동안 어떻게 보일지에 대해 예상한 그림. 출처: NASA/Cassini/James O'Donoghue
토성이 앞으로 수억 년 동안 어떻게 보일지에 대해 예상한 그림. 출처: NASA/Cassini/James O'Donoghue

##참고자료##

  • 닐 디그래스 타이슨 <블랙홀 옆에서 : 우주의 기기묘묘함에 대하여>
  • 김강수 <현대과학이 보는 우주>
  • 신광복 <밤 하늘이 어두운 이유>


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