토성의 얼음 위성 타이탄에 ‘마법의 섬’ 있다? [아하! 우주]

[서울신문 나우뉴스]

타이탄의 ‘마법의 섬’ - 타이탄의 바다인 ‘리지아 마레’(Ligeia Mare)에 위치한 일명 ‘마법의 섬’(Magic Island). 출처=NASA/JPL-Caltech/ASI/Cornell

태양계에서 두 번째로 큰 행성인 토성은 거대한 고리와 함께 수많은 위성을 거느리고 있다. 하지만, 위성 질량의 대부분은 태양계에서 두 번째로 큰 위성인 타이탄이 차지하고 있다. 타이탄은 지구의 달보다 더 큰 것은 물론이고 사실 수성보다도 지름이 약간 더 커서 작은 행성이나 다를 바 없는 위성이다. 더욱이 태양계에서 유일하게 두꺼운 대기와 바다를 지닌 위성이기 때문에 과학자들의 중요 연구 대상이다.

타이탄 표면은 평균 영하 179도의 극저온 세상이기 때문에 물도 바위처럼 단단하게 얼을 수밖에 없다. 따라서 타이탄의 바다와 호수는 물이 아니라 천연가스의 주요 성분인 메탄과 다른 탄화수소로 되어 있다. 당연히 이 탄화수소 바다는 과학자들의 비상한 관심을 끌었으나 안개 같은 타이탄의 뿌연 대기 때문에 망원경으로 직접 관측할 수 없다는 문제점이 있다. 따라서 미 항공우주국(NASA)의 카시니 탐사선은 레이더를 이용해 표면 지형을 관측하고 바다 및 호수의 크기와 형태를 관측했다.

타이탄의 ‘마법의 섬’ - 카시니 탐사선이 포착한 마법의 섬. 사진=NASA/JPL-Caltech/ASI/USGS; left and right, NASA/ESA, T. Cornet, ESA

그런데 2014년 카시니 데이터를 분석한 과학자들은 이상한 사실을 발견했다. 타이탄의 호수 한 가운데 레이더 반사율이 좀 다른 지역이 존재했다. 마치 섬처럼 단단한 고체 형태로 생각되었으나 타이탄의 다른 육지 지형보다 반사율이 높아 그 정체를 두고 과학자들 사이에서 갑론을박이 이어졌다. 일부 과학자들은 질소의 거품이 레이더에 반사된 것이라고 주장했고 다른 과학자들은 지구의 빙산과 같은 탄화수소의 얼음 덩어리라고 맞받아쳤다. 이 미스터리 섬은 과학자들 사이에서 마법의 섬(magic islands)이라는 별명을 얻었다.

텍사스 대학 행성 과학자인 신팅 유가 이끄는 연구팀은 마법의 섬에 대해 새로운 해석을 추가했다. 연구팀은 타이탄의 대기에서 생성된 탄화수소 중 고체 성분이 눈이나 비처럼 내린 후 강을 타고 호수에 모이면 바로 가라앉아 침전될지 아니면 둥둥 뜨게 될지 연구했다.

토성 위성 타이탄 - 카시니 탐사선이 적외선 포착한 타이탄. 사진=NASA/JPL-Caltech/Stéphane Le Mouélic/Virginia Pasek

연구팀의 모델에 따르면 고체 탄화수소는 물에 뜨는 성질이 약해 빙산처럼 둥둥 뜨기 어렵다. 물처럼 얼면서 부피가 커지고 밀도는 낮아지지 않기 때문이다. 여기에 액체 탄화수소는 표면 장력도 낮아 물체를 띄우는 힘이 약하다. 하지만 만약 고체 성분의 탄화수소 덩어리가 스위스 치즈처럼 구멍이 많은 다공성 구조라면 이 한계를 극복하고 호수 위에 모여 덩어리를 만들 수 있다. 그리고 이 덩어리 표면에 서리처럼 얇은 막이 형성되면 레이더 신호에 잡힌 것처럼 반사율이 높지만, 그렇다고 일반적인 육지나 호수가 아닌 독특한 반사 신호가 생성될 수 있다고 해석했다. 결론은 얼어붙은 탄화수소 덩어리가 떠 있다는 이야기다.

물론 마법의 섬의 정체를 가장 확실하게 확인할 방법은 직접 타이탄에 탐사선을 보내 직접 관측하는 것이다. NASA는 2034년 타이탄 하늘을 비행할 탐사선인 드래곤 플라이를 발사할 계획이다. 그리고 잠수함 형태의 탐사선을 보낼 계획도 있다. 이런 시도가 이어지면 마법의 섬도 언제까지 그 정체를 숨길 수는 없을 것이다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

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