Albireo's Hack the Dot

2010년 07월 18일

미래의 우주 역사학자들은 토성의 고리와 관련하여 두가지 신기원(新紀元)을 지목하게 될런지 모르겠습니다. 하나는 1980년대 보이저 1호가 토성의 고리 시스템이 수많은 얇은 고리들로 이루어져 있음을 확인한 사건, 그리고 다른 하나는 2000년대 말 카시니 탐사선이 고리 안에서 포착해 낸 여러가지 이채로운 현상들이 될 것입니다.

알려진 가장 큰 프로펠러인 Bleriot. 밝은 양 날의 프로펠러를 휘감고 있습니다. 날 하나의 길이는 110 km. 대략 1 km 크기의 미세 위성 주변에 야기된 현상일 것으로 추정되고 있습니다.

그 독특한 모양 때문에 “프로펠러”라고 불리우는 얼음 파편들의 꼬임 현상 또한 좋은 예가 될 것입니다. 그동안 카시니는 A고리 안쪽 세 가닥의 좁은 지역 내에서 이와 같은 프로펠러들을 수천 개나 발견해 냈습니다. 아마도 카시니가 토성에 도착하기 훨씬 전부터 이미 존재했을 이 물체들은 고리 시스템 안에 파묻혀 돌고 있는, 너무 작아서 잘 보이지도 않는 미세 위성(moonlet) 주변을 따라 발생하는 현상으로 추정되고 있습니다.

코넬 대학의 Matthew Tiscareno 씨(”프로펠러맨”으로 불립니다)는 이 같은 물체가 2006년 카시니에 의해 처음 발견되었을 때부터 줄곳 주목해 왔습니다. 그는 프로펠러의 양 날이 입자들로 가득찬 공간을 배경으로 비어있는 모양이던가, 아니면 반대로 비어있는 공간에서 프로펠러 모양으로 모인 작은 입자들의 뭉침이거나 둘 중 하나일 것으로 보았습니다. 어떤 경우이던 간에 이러한 현상을 야기시키는 미세 행성을 직접 눈으로 확인하려면 그 크기가 최소한 300 m 이상은 되어야 할 것이라 주장하였습니다.

그동안 프로펠러들은 신출귀몰한 것으로 알려져 왔지만 최근 Tiscareno 등이 Astrophysical Journal Letters에 밝힌 바에 따르면 그 가운데 큰 녀석들의 직경은 수천 마일에 달하며 지난 4년 동안 꾸준히 추적해 올 수 있었다고 합니다. 거대 프로펠러들의 위치는 작은 것들에 비해 대체로 토성 본체와 멀리 떨어져 있는 것이 특징으로, 대개 A고리의 바깥 가장자리부터 Encke 간극 사이의 2,000 마일 너비의 지역에 분포하는 것으로 알려졌습니다. Tiscareno는 이들 중 11개에 별명을 붙였는데 초기 비행사들의 업적을 기념하며 Lindbergh, Earhart, Sikorsky, Richthofen 등의 이름을 이용했습니다. 특히 프랑스의 비행사인 Louis Bleriot의 이름을 딴 Bleriot은 카시니에 의해 100회 이상 포착되었습니다.

Encke 간극 바로 바깥쪽, A 고리의 안쪽에 위치한 프로펠러 Earhart.

Bleriot을 추적하며 알게 된 사실은 매번 예측한 시점에 해당 장소에 나타나지 않더라는 것입니다. 대략 수백 마일의 오차를 보이면서 예상보다 일찍 나타나거나 때론 지연되어 나타나곤 했습니다. 아마도 프로펠러 미세 위성들의 궤도는 주변의 다른 거대 위성들과의 상호 인력에 의해 크게 동요되는 듯 했습니다.

이러한 불안정성은 이들 프로펠러 위성들의 향후 운명을 예측하는데도 어려움을 가져옵니다. 일반적으로 프로펠러 위성은 토성의 고리 시스템을 공전하다가 서서히 바깥쪽으로 밀려 나가다가 완전히 벗어나게 되는데 이와 같은 과정은 Atlas의 경우를 통해 확인된 바 있습니다. 하지만 Bleriot의 경우를 보면 주변 인력과의 상호 작용이 때로는 이와 같은 이탈 과정을 지연시키는 듯 합니다.

고리 안에 내재된 작은 위성들은 토성 고리의 기원을 연구하는데 많은 도움을 줍니다. 그 위성들이 단순히 성긴 먼지들의 뭉치가 아닌 단단한 덩어리로 판명된다면, 이들은 초기 토성 인력의 방해로 온전한 위성이 되는데 실패한 낙오자들일 수 있습니다. 혹은 그 반대로 오래전 토성의 주변을 돌던 위성이 파괴되어 고리를 형성하고 남은 잔재일 수도 있습니다. 많은 고리 연구자들은 현재의 토성 고리가 만들어지려면 대략 Mimas 만한 직경 400 km 정도의 위성 하나가 필요할 것으로 추산하고 있습니다. 파괴된 시점에 대한 예측은 수십억년 전부터 불과 1억년 전까지 다양합니다.

다행이도 카시니는 2017년까지 임무를 계속 수행할 수 있을 것으로 보입니다. Tiscareno 팀은 좀더 여유를 갖고 프로펠러들의 비밀을 파해칠 수 있을 것입니다.

Strange Twists in Saturn’s Rings. Kelly Beatty. Sky&Telescope, July 16, 2010.