타이탄의 자전에 무슨 일이 생기고 있는 것인가
NASA의 카시니 탐사계획 가운데 가장 기대를 모았던 것은 토성의 최대 위성, 타이탄의 정체를 규명해 내는 것이었습니다. 많은 사람들이 타이탄을 태양계에서 가장 매력적인 천체 중 하나로 꼽습니다(물론 우리 지구 다음으로).
카시니는 지난 2004년 10월 레이더를 이용하여 타이탄의 탁한 대기를 뚫고 표면을 들여다 본 적이 있습니다 - 우리에겐 생소한, 완전한 신세계를 드러냈습니다. 그런데 카시니가 여러차례 방문하면서 뭔가 이상한 현상이 고개를 들었습니다. 타이탄 표면 지형의 위치가 매번 예상과 달라지는 것이었습니다 - 최대 30km 이상 벗어난 경우도 있었습니다.
토성의 강력한 중력이 타이탄을 강력하게 붙들고 있기 때문에 타이탄의 자전축은 공전면에 완벽히 수직을 이루면서 자전주기와 공전주기가 정확히 같을 것으로 (15.945일) 간주되어 왔습니다. 그러나 레이더 이미지를 분석한 결과 이는 사실과 틀렸습니다. 타이탄의 자전 축은 공전면 대비 0.3도 기울어져 있었고 자전 속도도 예상보다 0.004% 빨라지는 것처럼 나타났습니다 - 타이탄의 회전 운동이 가속화되고 있는 것입니다!
한가지 가설은 지구의 그것과 비교했을 때 훨씬 두터운 타이탄의 대기가 자전 속도에도 영향을 미칠 수 있으리라는 것입니다. 일반적으로 이와 같은 효과는 대단히 미세합니다 - 실제로 지구에서 계절풍의 변화는 자전 속도를 불과 몇 밀리초각을 변화시킬 뿐입니다.
그런데 수년 전 몇몇 이론가들이 타이탄이 고체가 아니라는 설을 내놓은 적이 있습니다. 이 수성 크기의 위성을 갈라보면, 실은 얼음으로 된 지각 바로 아래 암모니아를 주 성분으로 한 유체층이 있어서, 자전시 핵과 지각이 따로 돈다는 것입니다. 이렇게 되면 지각은 바다 위에 뜬 섬과도 같아 두터운 대기의 영향을 더 심하게 받아 별도의 공전 속도를 갖출 수 있게 될 것입니다.
최근 발행된 Science 지에서 Ralph Lorenz 등은 이러한 지각 밑 “바다”의 존재야 말로 타이탄 자전 속도의 변화를 설명할 수 있는 가장 좋은 이론이라고 제시하고 있습니다. “최소한 타이탄의 자전 속도가 변하고 있다는 것 만큼은 확실합니다. 이러한 일이 일어나려면 지각과 타이탄 본체가 따로 놀아야 합니다”라고 주장합니다.
현재 타이탄의 북반구는 늦겨울에 접어들고 있고 따라서 지표면 부근의 바람은 지각의 자전을 가속화시키는 방향이어야 합니다. 몇년 후에 북반구에 여름이 오면 반대로 자전 속도는 늦추어질 것입니다. 카시니 탐사선이 2011년까지 작동한다면 이러한 자전 속도의 반전 현상을 관측할 수 있을 것입니다.
하지만 이러한 이론과 실제 카시니가 관측한 타이탄의 자전 속도 변화는 정확히 일치하지 않습니다. 타이탄의 자전이 빨라지는 페이스가 2년 정도 늦습니다. 이 때문에 가설에 약간의 수정이 있어야 할 것이며, 현재 알려지지 않은 다른 힘이 관여할 지 모릅니다. 심지어는 최근 타이탄에 커다란 소행성/혜성 충돌이 있어서 자전축을 뒤흔들어 놓았을 지도 모릅니다. 하지만 이와 같은 거대 충돌은 1억년에 한번꼴 밖에 일어나지 않으며 100km 이상의 크레이터를 새겨 놓았을 것입니다.
What’s Up with Titan’s Spin? Kelly Beatty, Sky & Telescope, March 20, 2008, http://www.skyandtelescope.com/news/16856891.html
