Albireo's Hack the Dot

2010년 04월 22일

저 멀리 목성의 대기 속에서도 주기적으로 엄청난 번개가 천지를 진동시키고 있다는 사실은 익히 알려져 왔지만, 반면 토성의 대기에서는 쉽사리 관측되지 않았습니다.

위 사진은 토성의 남반구 위도 30도 부근에 늘어서 있는 몇 개의 어두운 톤의 폭풍들을 보여주고 있습니다. 지난 2004년 5월 카시니 탐사선이 토성에 접근한 이후 이 격동(激動)의 지역에서 끊임없이 폭풍이 생성과 소멸을 반복하고 있음이 관측되었습니다.

1980년의 보이저 탐사선과 근래의 카시니 탐사선 모두 각각 토성의 대기에서도 확실히 번개가 치고 있음을 암시하는 정황적 증거를 잡아 냈었습니다. 소위 ‘폭풍의 오솔길’(storm alley)이라 불리우는 남반구 30도 지점으로부터 수직으로 솟아 오르는 정전기의 흐름이 그것이었습니다.

하지만 목성과는 달리 토성의 대기에서 직접 번개를 관측하고 사진에 담기에는 어려움이 따랐는데, 우선 목성에 비해 전반적인 주변 온도가 낮기 때문에 구름층이 대기 속 깊은 곳으로 가라앉으면서 상공의 안개층에 덮혀 은폐되기 때문입니다 - 목성에 비해 토성에서 확연한 알베도 구조가 드물게 관측되는 이유입니다. 뿐만 아니라 토성의 거대한 고리에 반사된 태양광이 밤을 맞이한 반구 조차도 밝게 조명하는 바람에, 이 부분의 장시간 노출이 까다롭다는 점 또한 번개의 사진 촬영을 어렵게 한 이유 중 하나였습니다.

그런데 얼마전 토성이 분점(分點, equinox)을 지나면서 앞서 언급한 이유 중 두번째가 일시적으로 해결되었습니다. 고리가 토성의 본체에 드리우는 그림자의 영향이 최소화되는 시기이기 때문입니다.

위 사진은 카시니 탐사선이 2009년 11월 30일 16분 간에 걸쳐 토성의 대기에서 번뜩였던 번개를 촬영한 동영상으로 최근 일반에 공개되었습니다. 번개를 일으키는 배경이 되는 희미하게 밝은 톤의 폭풍우 직경은 3,000 km 정도로 되어 있습니다.

토성의 번개는 단순한 볼거리가 아니라 대기 심층의 구조에 대한 적잖은 실마리를 제공해 줍니다. 위 사진은 작년 8월 관측된 번개로서 남반구 36도 지점에 위치한 단독 폭풍우로부터 분당 1회의 빈도로 발생하였는데, 그 발광의 직경은 대략 200 km, 발생 깊이는 암모니아-얼음 구름층 최상부로부터 125~250 km 안쪽으로 추정되었습니다 - 이는 토성 대기의 ‘중간 구름층’(수산화황 암모늄, NH4SH 층) 혹은 그 아래의 ‘물의 얼음층’에 해당합니다.

발생되는 에너지는 십억 줄(joule) 정도로 우리 지구나 목성에서 관측되는 번개의 그것과 상응한 수준입니다. 토성에서 번개가 유독 ‘폭풍의 오솔길’ 만을 따라 발생하는 이유는 아직 불확실합니다. 이와 같은 내용은 조만간 Geophysical Research Letters에 게재될 Caltech의 Ulyana Dyudina 팀의 보고서에서 구체적으로 다루어질 것입니다.

CICLOPS(Cassini Imaging Central Laboratory for Operations) 웹사이트에서 위 이미지들의 다양한 포맷 및 부가 설명을 제공하고 있습니다.

Sparks on Saturn. Kelly Beatty, Sky&Telescope. April 15, 2010.