"토성 고리에 물보다 유기물이 더 많아"

美 우주탐사선 '카시니호'가 발견.. 9개 중 가장 안쪽 'D고리'서 확인
"얼음이 주성분" 기존 학설 뒤집어

[동아일보]

지난해 9월 카시니호가 20년간의 임무를 마치고 토성의 고리 속에서 보내온 마지막 자료를 분석한 결과 토성 고리에서 유기물과 물 등 생명활동에 주요한 물질이 존재하는 것으로 확인됐다. 미국항공우주국(NASA) 제공

토성을 둘러싼 둥근 띠는 오랫동안 ‘신비로운 얼음 고리’로 불려왔다. 그런데 앞으로 가장 안쪽 고리만큼은 ‘유기물 고리’로 바꿔 불러야 한다는 연구 결과가 나왔다. 4일(현지 시간) 국제학술지 ‘사이언스’에 따르면 미국의 우주탐사선 카시니호가 지난해 토성 대기권에 진입하며 마지막 순간까지 수집한 관측 자료에서 가장 안쪽 고리에는 물보다 유기물이 더 많다는 것이 처음 확인됐다.

이는 화성 고리가 주로 얼음 성분으로 이뤄져 있다는 기존 학설과 배치되는 것이다.

토성 고리는 가장 안쪽의 D고리부터 1000만 km 떨어진 가장 바깥쪽의 포에베 고리까지 총 9개가 있다. 1997년 10월 발사된 카시니호에는 물질 구성과 분포를 측정하는 ‘이온 및 중성질량분광계(INMS)’가 실려 있다. 토머스 크레이븐스 미국 캔자스대 물리천문학과 교수 연구진은 이 분광계를 이용해 토성 고리 성분을 분석했다. 분석 결과 D고리에는 유기물이 약 37%로 가장 많으며 물(24%)과 메탄(13∼19%), 이산화탄소, 암모니아 등 다양한 화학 성분이 분포하는 것으로 나타났다. 크레이븐스 교수는 “그동안 관측데이터를 통해 토성의 고리는 물과 얼음 성분이 95%를 차지하는 것으로 알려졌지만 안쪽 D고리만큼은 유기물이 더 많다는 게 처음으로 확인된 것”이라고 말했다.

카시니호는 2004년 7월 토성 궤도에 진입하며 본격적인 탐사에 돌입했다. 카시니호는 이후 13년 동안 토성과 그 위성인 타이탄, 엔켈라두스 등을 훑으면서 외계 생명체 흔적을 찾다가 지난해 9월 토성 대기권으로 진입하며 20년의 긴 여정을 마쳤다. 사이언스는 이날 이 논문을 포함해 카시니호가 밝혀낸 토성 고리의 생성 과정과 주변 자기장의 기원을 밝힌 논문 여섯 편을 특집으로 소개했다.

과학계에선 토성 고리의 생성 과정에 대해 두 가지 가설이 팽팽히 맞서고 있다. 위성이 될 뻔했던 행성이 우주에서 날아온 혜성이나 소행성과 충돌해 쪼개진 결과라는 주장과 토성이 형성될 때부터 내려온 성운(星雲)의 잔재라는 주장이다. 이번에 안쪽 D고리에서 우주에서는 잘 발견되지 않는 유기물 성분이 다량으로 검출되면서 혜성 충돌설에 무게가 실리게 됐다.

최영준 한국천문연구원 우주과학본부장은 “D고리에서 발견된 유기물은 혜성으로부터 유입된 것으로 추정된다”며 “단정하긴 이르지만 혜성이 행성과 충돌하면서 고리를 형성한 증거로 볼 수 있다”고 말했다. 하지만 나머지 8개에 이르는 토성 고리의 성분은 아직 베일에 가려져 있다. 고리와 고리 사이에 존재하는 공간(간극)의 형성 과정도 제대로 설명하기 어려운 실정이다.

이와 별도로 미국 사우스웨스트연구소 연구진은 1초에 10t에 이르는 미세입자들이 D고리로부터 토성 대기권으로 유입된다는 사실을 확인했다. 영국 임피리얼칼리지 소속 과학자들은 토성은 지구와 달리 여러 개의 자기장이 둘러싸고 있음을 발견했다.

김진호 동아사이언스 기자 kwok@donga.com

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