우리가 아는 토성의 고리는 전부 보일까 [아하! 우주]

[서울신문 나우뉴스]

NASA의 토성 탐사선 카시니가 태양을 토성 뒤에 숨긴 상태에서 촬영한 이미지들을 합성한 모자이크. 역광으로 비친 고리가 전례 없이 선명하게 드러났으며, 고리 주변으로 일곱 개의 위성과 함께 지구·금성·화성도 함께 포착됐다. NASA/JPL-칼텍/우주과학연구소 제공

“가장 중요한 것은 눈에 보이지 않아” 소설 ‘어린 왕자’의 이 문장은 과학의 세계에서도 그대로 적용된다.

우리가 눈으로 볼 수 있는 가시광선은 우주 전체에서 극히 일부에 불과하다. 이 때문에 과학자들은 전파부터 감마선까지 다양한 파장을 활용해 우주를 관측하고, 망원경 관측만으로는 부족한 정보를 탐사선의 직접 측정으로 보완한다.

이런 관점에서 보면 토성의 고리는 우리가 알고 있는 모습보다 훨씬 복잡한 구조를 지닌 존재다. 토성의 상징처럼 여겨지는 둥근 원형 고리는 사실 전부가 아니다. 과학자들은 다양한 파장에서의 관측을 통해, 고리가 우리가 생각하는 범위를 넘어 훨씬 넓게 확장돼 있다는 사실을 밝혀냈다.

여기에 더해 독일 베를린 자유대학의 사이먼 린티 연구팀은 미 항공우주국(NASA)의 토성 탐사선 카시니가 임무 종료 직전 수집한 데이터를 분석해 또 하나의 흥미로운 구조를 확인했다. 연구팀은 카시니에 탑재된 우주 먼지 분석기(CDA·Cosmic Dust Analyzer) 자료를 통해 토성 고리의 위와 아래 공간에 미세한 먼지 입자들이 분포하고 있음을 밝혀냈다.

NASA의 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 2023년 6월 25일 촬영한 토성의 모습. 근적외선 관측으로 고리는 밝게 드러난 반면, 토성 본체는 상대적으로 어둡게 보인다. 이는 고리와 주변 환경이 가시광선과 다른 파장에서 전혀 다른 모습을 보인다는 점을 보여준다. NASA 제공

카시니는 2017년 임무 마지막 단계에서 ‘그랜드 피날레 오비트’(Grand Finale Orbits)라 불리는 과감한 궤도 비행을 수행했다. 이 탐사선은 토성에 위험할 정도로 근접해 고리와 행성 사이를 통과하며 정밀 관측을 진행한 뒤 최종적으로 토성 대기권에 진입해 소멸했다.

연구팀은 이 마지막 20회의 공전 동안 CDA가 수집한 1650건의 먼지 스펙트럼을 분석했다. 그 결과, 155개가 규산염 성분의 미세 입자인 것으로 확인됐다. 이 입자들은 토성 고리의 위아래에 퍼져 있으며, 그 범위는 토성 지름의 약 3배에 달했다.

카시니 탐사선이 토성 주변을 통과하며 측정한 미세 먼지 입자 분포를 나타낸 도식. 파란 점은 규산염(silicate) 미세 입자의 검출 위치, 회색 선은 카시니 탐사선의 비행 궤도를 보여준다. 분석 결과 미세 입자들은 토성의 고리 평면 위아래로 넓게 퍼져 있으며, 토성 지름의 약 3배에 이르는 ‘먼지 헤일로(dust halo)’ 구조를 형성하고 있는 것으로 나타났다. Science Journal(2025)

다만 이 구조를 고리의 일부로 보기는 어렵다. 밀도가 극히 낮기 때문이다. 연구팀은 이 미세 입자 분포를 ‘먼지 헤일로’(dust halo)로 명명했다. 생성 원인은 아직 확정되지 않았지만, 밀도가 높은 토성 고리에 미세 운석이 충돌하면서 튀어나온 파편일 가능성이 가장 유력하게 거론된다.

태양계에서 두 번째로 큰 행성인 토성은 여전히 많은 수수께끼를 품고 있다. 토성 자체뿐 아니라 생명체 존재 가능성이 거론되는 위성 타이탄과 엔켈라두스 역시 과학자들의 관심 대상이다. 이런 미스터리를 풀기 위해 NASA는 타이탄으로 향하는 새로운 탐사선 드래곤플라이를 2030년대에 투입할 계획이다. 이 탐사선의 임무가 본격화되면 토성과 그 주변 세계에 대한 우리의 이해는 한층 더 넓어질 것으로 기대된다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

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