 많은 천문대에서 어린이들을 대상으로 진행하는 관측 프로그램에 반드시 초대되는 단골 행성이 있다. 바로 ‘토성’이다. 태양과 토성 간의 거리는 무려 14억㎞로, 웬만한 망원경으로는 지구의 관측자가 표면의 모습을 자세히 살피기가 어렵다. 하지만 토성에는 망원경 렌즈 안에서 눈길을 단박에 사로잡을 만한 요소가 있다. 바로 ‘고리’이다. 지구엔 없는 신비로운 느낌의 고리는 낯선 우주를 보고 있다는 심리적 만족감을 느끼게 하기에 충분하다. 이런 감정은 더 넓은 범위의 과학적인 호기심으로 연결된다. 사실 고리는 지구를 비롯해 태양에서 가까운 행성에선 볼 수 없는 현상이다. 토성만큼 뚜렷하지는 않지만 목성, 천왕성, 해왕성에도 고리가 있는데, 모두 태양계 바깥쪽에 있는 먼 행성들이다. 그런데 지구의 가장 가까운 이웃 행성이며 인간의 외계 정착을 위한 1순위 후보로 꼽히는 화성에 과거 고리가
있었다는 과학계의 연구 결과가 나와 이목을 끌고 있다. 외계지적생명체 탐색계획(SETI) 연구소와 미국 퍼듀대 과학자들은 이달 초 미국천문학회(AAS) 회의를 통해 이 같은 내용의 논문을 발표했다. 2도 기울어져 공전하는 ‘데이모스’ 연구팀이 화성에 고리가 있었다는 확신을 갖게 한 가장 중요한 단서는 화성 주변을 도는 위성인 ‘데이모스’의 삐뚤어진 궤도였다. 데이모스는 분명치 않은 이유로 화성 적도에서 2도 기울어진 각도로 공전하고 있는 것이다. 화성에는 데이모스와 포보스라는 위성 두 개가 있다. 데이모스는 지름이 13㎞이며, 화성과 2만㎞ 떨어져 있다. 포보스는 지름이 22㎞이며, 화성과의 거리는 6000㎞이다. 포보스가 데이모스보다 덩치는 두 배쯤 크지만, 화성과의 거리는 훨씬 더 가까운 것이다. 포보스와 화성의 거리인 6000㎞는 인천과 북미 간
비행거리의 절반 수준이며, 지구와 달 사이 거리(38만㎞)의 약 63분의 1에 불과하다. 포보스는 그야말로 화성 코앞을 공전한다고 봐도 좋을 정도다. 그런데 연구팀은 “데이모스의 공전 궤도가 2도 기울어져 있는 것이 현재 포보스의 조상뻘인 ‘고대 포보스’가 파괴돼 형성된 고리의 부산물과 ‘궤도 공명(Orbital resonance)’을 일으켰기 때문”이라고 분석했다. ‘궤도 공명’은 두 물체의 중력이 상호 작용을 겪으며 대개는 작은 물체가 원래 궤도보다 바깥쪽으로 튀어나가거나 반대로 안쪽으로 당겨지는 결과를 낳는 물리 현상이다. 목성과 일부 위성들, 명왕성과 해왕성 사이에서 이 현상이 나타난다. 현재 포보스는 지속적으로 고도가 낮아지고 있다. 이렇게 화성에 점차 접근하다 대략 7000만년 뒤를 전후해 화성의 중력에 의해 파괴될 거라는 게 천문학계의 대체적인 예측이다. 연구진은 이 같은 과정으로 진행되는 ‘포보스의 죽음’이 과거에도
있었고, 죽음의 흔적인 파편이 화성 궤도에서 고리를 만들었다 덩어리로 재결집한 것이 데이모스의 움직임에 영향을 주는 중력 현상인 ‘궤도 공명’을 일으켰다는 퍼즐을 맞춘 것이다.
주목받는 손자
위성 ‘포보스’도 연구진은 궤도 공명 과정을 되짚어 현재 포보스의 원조 격인 고대의 포보스가 처음 등장했던 때를 대략 30억년 전으로 계산했다. 크기는 현재 포보스의 20배에 달했을 것으로 예측했다. 흩어지고 뭉치는 일을 반복하며 포보스의 크기가 점차 작아졌다는 얘기다. 뭉친 밀가루 반죽을 부쉈다가 다시 뭉치면 부스러기가 남으면서 크기가 작아지는 것과 비슷한 일이다. 세대를 거듭한 포보스의 형성과 파괴는 지금까지 모두 두 번 있었을 것으로 연구진은 판단했다. 지금의 포보스는 손자 격이 되는 위성이라는 얘기다. 퍼듀대 연구진은 2017년에도 비슷한 연구 결과를 내놓은 적이 있다. 당시는 포보스가 수십억년 동안 파괴와 고리 형성, 재결집을 3~7회 반복했을 거라는 결과를 제시했지만, 추가 연구를 통해 좀 더 정확한 고리 탄생 시점과 횟수 등을 알아낸 것이다. 이달 발표된 연구논문의 주저자인 마티야 추크 SETI연구소 박사는 “데이모스의 궤도가 화성의 적도와 일치하지 않는다는 점을 과학계에선 그동안 주목하지 않았다”면서 “우리 연구진은 새로운 시각으로 그 이유를 분석했다”고 강조했다. SETI연구소와 퍼듀대 과학자들의 연구 결과는 2024년 발사 예정인 일본우주항공연구개발기구(JAXA)의 탐사선이 포보스에 착륙해 ‘물증’을 가져오면 좀 더 정확히 확인될 것으로 보인다. 일본의 탐사선은 포보스에 발을 디딘 뒤 몇 시간 동안 머물며 포보스의 토양을 수집해 2029년 지구로 돌아온다. 포보스의 구성 성분을 확인해 어떤 과정을 통해 태어났는지가 규명되면 화성 고리의 형성 역사와 향후 재탄생 여부도 명확히 규명할 수 있을 것으로 보인다. '붉은 행성' 화성이 한때 토성처럼 고리를 지녔을 수 있다는 연구 결과가 나왔다고 CNN 등 주요 외신들이 3일(현지시간) 보도했다. 이번 연구 결과는 최근 개최된 미국 천문학회 제236차 회의에서 발표됐다. 연구진들은 화성의 위성 포보스와 데이모스에서 화성 고리에 대한 단서를 찾아냈다. 포보스는 지름 27km의 커다란 분화구들로 뒤덮여 있는 위성으로, 화성과 아주 가까운 약 5,945km 거리에서 주위를 돌고 있다. 태양계의 어떤 위성도 포보스처럼 행성과 가깝게 위치하지 않는다고 알려져 있다. 문제는 포보스가 시간이 지나면서 화성과 점점 더 가까워지고 있다는 점이다. 이 현상은 아주 느리게 일어나고 있지만, 결국 포보스는 화성과 충돌하게 될 것으로 보인다. 연구진들은 이 충돌이 지금으로부터 5000만 년 안에 일어날 것으로 추정했다. 충돌로 생긴 파편 조각들 일부는 화성 지표면에 떨어지지만, 많은 파편들이 다시 대기 주위를 떠돌고 서로 충돌하고 먼지를 일으켜 화성의 고리를 만들 수 있다는 것이 연구진들의 설명이다. 더 흥미로운 점은 이렇게 생긴 고리가 다시 위성으로 변할 수도 있다는 것이다. 고리를 형성한 먼지와 파편들이 긴 세월 동안 뭉쳐져 다시 위성이 생기고, 이런 현상들이 주기적으로 반복된다. 이런 과정에서 포보스의 크기가 점점 작아졌을 것이라고 연구진은 설명했다. 연구진은 약 30억년 전 프로토포보스라고 불리는 위성이 위와 같은 충돌 현상과 고리로 변하는 과정들을 거치면서 현재의 포보스가 되었다고 밝혔다. 관련기사
또, 화성에는 데이모스라는 이상한 위성이 있다. 이 위성은 다른 위성처럼 화성 주위를 공전하지 않으며, 2도 이상의 각도로 궤도를 돌고 있다. 연구진은 데이모스의 독특한 궤도가 과거 다른 위성과의 영향으로 발생한 것이라며, 과거 프로토포보스가 데이모스의 궤도에 영향을 미쳤을 것으로 전망했다. 일본우주항공연구개발기구(JAXA)는 2024년에 포보스에 우주선을 보내 지표면에서 샘플을 수집해 지구로 돌아 올 예정이다. 멀지 않은 미래에 화성의 두 위성이 어떻게 형성되었는지에 대해 알 수 있게 될 것으로 보인다. 행성의 고리는 평평한 디스크 형태의 영역 내에 행성 주위로 공전하는 먼지와 다른 작은 입자들이다. 토성의 고리가 가장 눈에 잘 띄고 잘 알려져 있으나, 토성 뿐만 아니라 태양계의 나머지 목성형 행성들도 고리를 가지고 있다. 행성의 고리가 생성되는 세 가지 제안된 방식이 있다. 행성의 로쉬 한계 내여서 그리하여 위성을 형성하기 위해 뭉치지 못한 원시 행성 디스크의 물질에서 생성, 큰 충격에 의해 부서진 위성의 잔해에서 생성 또는 로슈 한계내로 통과할 때 조석 압력에 의해 부서진 위성의 잔해에서 생성되었다는 것이다. 대부분의 고리들은 불안하며 수억 수십억년의 과정을 거쳐서 분산되었다고 생각되었다. 그러나 토성의 고리는 매우 오래되었으며 태양계의 생성의 초기까지로 추정된다. 고리 입자들의 성분은 다양하다. 그것은 실리케이트 또는 얼음 먼지 일 수 있다. 더 큰 바위들과 자갈들도 역시 존재한다. 그리고 2007년에 단지 수백 미터 떨어진 8개의 작은 위성에서의 조석 효과가 토성의 고리 내에서 검출되었다. 때로 고리들은 고리내의 갭 또는 고리외부의 가장자기를 공전하는 양치기 위성을 지닐 것이다. 양치기 위성의 중력은 고리에 날카롭게 정의된 가장자리를 유지하게 한다. 양치기 위성 궤도에 가깝게 부유하는 물질은 고리 본체로 편향되어 돌아가거나 시스템에서 방출되거나 위성에 착증된다. 목성의 작은 가장 안쪽의 위성의 약간인 메티스와 아드라스테아는 목성의 고리의 내부에 있으며 목성의 로슈 한계 내에 있다. 이들 고리들은 목성의 조석력으로 이들 두 본체에서 끌어당기는 아마도 그들 표면위에 고리 물질의 충격으로 생성되는 물질로 구성되어 있을 수 있다. 로쉐 한계 내의 한 위성은 그 중력보다는 역학적인 힘만으로 서로 잡혀 있으며 그리하여 표면의 느슨한 물질들은 단순히 떨어져서 고리로 간다. 해왕성의 고리들은 매우 비정상적인데 그들이 처음에는 지구에서 관측할 때 불완전한 방전으로 구성된 것으로 나타났지만 보이저 2호의 영상은 밝은 덩어리를 지닌 완전한 고리임을 보였다. 목자 위성 갈라테아와 아마 다른 아직 발견되지 않은 목자 위성의 중력 영향의 이 뭉침의 원인이라고 생각된다. 명왕성은 어떠한 고리도 가지지 않는 것으로 알려져 있다. 그러나 약간의 천문학자들은 뉴 허라이즌스 탐사선이 2015년 그 곳을 방문할 때 발견할 수도 있을 것이라고 생각하고 있다. 화성의 위성 포보스는 그 낮은 궤도로 인해 약 5천만년 내에 부서져서 행성 고리를 형성할 거라고 예측된다. 같이 보기[편집]
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화성 고리 유무 - hwaseong goli yumu
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