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과학노바드의 우주 엿보기
태양계 7대 비경 1. 태양계 절대반지 토성고리
노바드 기자  |  wjgksmf@gmail.com
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승인 2013.01.07  19:20:02
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▲ 사진1(출처 : NASA/JPL-Caltech)

승객 여러분 지금 우리는 태양계의 첫번째 관광지인 토성으로 접근하고 있습니다.

태양빛을 받아 아름답게 빛나고 있는 토성의 고리와 토성의 고리에서 반사된 햇빛이
토성 대기 상층을 비추면서 아름다운 반지를 두른 아름다운 행성 토성이
더더욱 신비롭게 보이고 있습니다.

과연 토성과 토성의 아름다운 고리는 태양계의 첫번째 비경으로 꼽힐만 합니다.
 
우주 행성계 여행을 자유롭게 할 수 있게 된 지금,
토성의 뒷모습 정도는 얼마든지 볼 수 있는 광경이긴 합니다만,
우리 인류가 이처럼 토성의 뒷모습을 처음 볼 수 있었던 때는 불과 200년전인 1981년이었습니다.

당시 인류의 기념비적인 외태양계 우주선이었던 보이저 1호가 토성을 통과하면서
이 모습을 처음으로 지구의 인류에게 전달했죠.

아! 여기 사진이 있군요.
   
▲ 사진2(출처 : NASA/JPL-Caltech).
바로 이 사진이 200년전 보이저 1호가 처음으로 촬영하여 우리 인류에게 보여주었던 토성의 뒷모습입니다.

지금에 비하면 거친 해상도의 사진입니다만,
이 행성의 아름다움은 그 기술적 한계에도 불구하고 충분히 제 모습을 드러낼 수 있었던 것 같습니다.
 
지금 우리는 토성으로부터 110만 킬로미터 떨어져 있으며,
토성의 측면을 타고 토성 고리 위쪽으로 이동 중에 있습니다. 

   
▲ 사진 3(출처 : NASA)
눈썰미가 있으신 분은 몇몇 위성들도 눈에 보이실텐데요.

2시 방향을 잘 보시면 토성의 위성 미마스가 보입니다.
지름 397Km로 토성의 위성 중 큰 축에 속합니다,

그리고 4시 방향으로 야누스가 보이고요, 8시 방향으로 판도라가 보이네요.
판도라는 지름 84킬로미터의 너무나 작은 위성이어서 잘 보이지는 않으실 듯 합니다.

토성은 무려 60개의 위성을 거느리고 있습니다.
태양계에서 목성 다음으로 많은 위성을 거느리고 있는데요.
이 중에서 큰 규모를 가진 위성이라면 타이탄(5150km), 레아(1528km), 이아페투스(1436km),
디오네(1120km) 테티스(1060km)등을 들 수 있습니다.
특히 타이탄은 태양계의 위성들 중 유일하게 대기를 가지고 있는 위성으로서
처음부터 주목받아온 위성이기도 합니다.

다시 앞을 보시죠.
지금 저희 셔틀 세이건은 여러분들께서 아름다운 토성의 고리를 한 눈에 바라보실 수 있도록
토성 북극 160만 킬로미터 거리의 정점에 위치하고 있습니다.
너무나 아름다운 토성의 고리가 한 눈에 들어오고 있습니다.
   
▲ 사진 4(출처 : NASA)
 
토성의 고리는 주로 얼음으로 구성되어 있으며,
그 크기는 모래알 크기에서 집채만한 덩어리크기까지 다양합니다.

이처럼 작은 얼음알갱이들이, 이렇게 거대한 행성을, 이토록 아름담게 감싸고 있다는 점이
정말 놀랍지 않습니까?
 
토성의 고리를 맨처음 발견한 사람은 갈릴레오였지만, 그것이 고리라는 사실을 처음으로 인식한 사람은
네덜란드의 천문학자 하위헌즈(Christiaan Huygens, 1629~1695)였습니다.

처음 갈릴레오가 자신이 만든 망원경으로 토성을 바라봤을 때,
다른 행성과 달리 마치 인간의 귀처럼 양옆이 불룩하게 튀어나온 모습에 적잖이 당황할 수밖에 없었죠.
 
나중에 하위헌즈가 이 불룩한 물체와 토성이 떨어져 있음을 발견하고
그 위상이 변하는 모습을 보면서 '고리'라는 생각을 처음하게 된 것입니다.
 
그 이후 그저 하나의 띠로만 보였던 고리는 발견에 발견이 거듭되고,
토성 주위를 탐색하는 우주선들이 발사되면서 A부터 G까지 7개의 주 고리로 구분되고 있습니다.

지금 측면 영상에 토성고리에 대한 구분 내용이 나타나고 있을 겁니다.
   
▲ 사진 5(출처 : NASA)
각 고리의 이름은 안 쪽에서 바깥쪽으로, 또는 바깥쪽에서 안쪽으로 순서대로 지어진 것이 아닙니다.

발견되는대로 구분이 되었기 때문에 가장 잘 보이는 넓은 고리부터 가장 흐리게 보이거나 너무 얇아서
과거 지구의 망원경으로는 관측이 불가능했던 고리의 순서대로 뒤죽박죽 이름이 지어져 있습니다.

따라서 지금 보시는 영상에서 토성 고리를 안쪽으로부터 바깥쪽까지 나열한다면,
D-C-B-A-F-G-E 고리의 순서로 나열됩니다. 

그 이름에서 발견 순서를 알 수 있듯이 역시 고리 가운데 가장 잘 보이는 고리는 A, B, C고리입니다.
이 세 개 고리의 폭은 약 6만 킬로미터입니다.
이에 반해 E, F 고리는 매우 가는다란 고리이며, D와 G는 두께가 매우 얇은 고리입니다.
이렇게 가까운 거리에서도 잘 보이지 않는 D고리는 C 고리의 바로 왼쪽에 위치하고 있습니다.
 
지금 토성의 고리에는 태양빛이 비춰지고 있습니다.
이렇게 태양빛을 받고 있을 때의 B고리는 대단히 선명하게 밝게 보입니다만,
저희가 태양빛을 받지 않는 쪽에서 고리를 본다면 여러분들은 A와 C 고리 사이에
어둡게 변한 B고리의 모습을 보실 수 있으실 겁니다.

이러한 현상은 B고리의 밀도가 여타 고리의 밀도보다 훨씬 크기 때문에 발생합니다.
즉, B고리를 구성하고 있는 얼음입자들이 여타 고리들보다는 빽빽하다는 점을 알려주고 있는 셈입니다.

말씀드리자 마자 화면에 태양빛을 받지 않고 있는 고리의 모습이 나오고 있네요.
보시는 바와 같이 B고리의 명암 차이를 확연하게 느끼실 수 있으실 겁니다.
   
▲ 사진 6(출처 : NASA)


지금 저희는 토성으로부터 110만 킬로미터 거리에 있습니다.
그리고 여러분들은 화면가득 토성의 아름다운 고리를 보고 계십니다.
   
▲ 사진 7(출처 : NASA)
 저기 토성 고리 가운데를 가로질러 나타나는 그림자는 토성의 위성 미마스의 그림자입니다.
 
지금으로부터 175년 전인 2006년.
토성을 처음으로 궤도 비행하게 된 카시니 탐사선을 통해 새로운 고리가 추가로 발견된 바 있었습니다.
 
이 고리들은 토성의 주변을 돌고 있는 위성들에 운석이 충돌하면서 발생한 비산먼지들이
위성의 공전과 함께 그 공전궤도 상에 흔적을 남긴 고리였습니다.
 
그러나 지금 고리를 가까이서 보시고 계시는 여러분들께서도 아실 수 있듯이
본질적으로 불연속적인 작은 입자들의 모임인 토성 고리에서,
새로운 탐사선이 발사될 때마다 고리를 새로 발견하고 고리 간 간극에 새로운 이름을 짓는 것은 어찌보면
사실을 확실히 하는 목적보다는 성과에 집착한 업적부풀리기일 가능성이 농후해졌습니다.
 
 이에 따라 2017년 지구의 국제천문학협회에서는 앞으로 물리적으로 분리된 고리가 관측된다 하더라도
밀도 또는 조성 성분에서 기존에 그 고리를 포함하고 있었던 원래 고리와 차이가 없는 경우
별도로 고리를 분류하거나 간극에 이름을 매기는 일은 하지 않는 것으로 협정이 맺어졌습니다.
    
지금 저희 셔틀 세이건은  토성 고리의 가장 바깥쪽을 향하고 있습니다.
저 멀리 토성의 F고리가 보이는군요.
그리고 그 아래로 위성 하나를 보실 수 있으실 겁니다.
   
▲ 사진 8(출처 : NASA)
지름 32 킬로미터의 위성 아틀라스로서 2007년 카시니 호에 의해 처음 발견된 위성입니다.
한편 F 고리 오른편으로 뭔가 뭉쳐있는듯한 모습을 보실 수 있으실 겁니다.
F 고리는 바로 안쪽과 바로 바깥쪽에서 공전하는 두 개 위성의 영향을 받고 있습니다.
안쪽에서 도는 위성이 프로메테우스이고, 바깥쪽의 위성을 판도라라고 합니다.
 
F 고리가 이처럼 가느다란 상태를 보이는 것은 이 2개 위성의 영향이기도 합니다만,
이 위성들이 지나가게 되면 중력의 영향으로 고리를 구성하는 입자의 균질한 분포역시 깨지면서
이와 같은 현상이 발생하기도 합니다.

이 F 고리 역시 단일한 하나의 고리는 아니고,
3개의 얇은 고리가 서로 비틀리고 뒤엉킨 듯한 모습을 하고 있습니다.   

토성은 태양계 주위를 30년마다 한 번씩 공전합니다.

옛날 고대 지구의 우리 선조들은 밤하늘에 육안으로 볼 수 있는 마지막 행성이었던 토성을 바라보면서,
그리고 이 행성이 30년마다 한 번씩 제 자리로 돌아오는 모습을 보면서
인류는 30년이라는 세월을 직접적으로 인지할 수 있었던 가장 긴 시간단위로 생각했을 것입니다.

실제 당시 인류의 평균 수명은 30년을 남짓한 시기이기도 했죠.
토성의 영문명 세턴(Saturn)이 그리스 신화의 크로노스(Cronus)를 의미하고
이 크로노스는 커다란 낫을 든 죽음의 신으로 여겨지는 것을 보면
이 행성의 이름이 아무렇게나 지어진 것은 아님을 아실 수 있으실 겁니다.

한가지 더, 과학이 밝혀낸 재미있는 사실도 있습니다.
토성은 태양계의 모든 행성 중 가장 낮은 밀도를 가지고 있기도 합니다.
심지어는 그 밀도가 물보다도 낮아서 토성을 담을 수 있는 물그릇이 있다면
그 위에 뜨는 토성의 모습을 볼 수 있을 것입니다.
 

   
▲ 사진 9(출처 : NASA)
셔틀 세이건의 승객여러분.

저희 뒷편으로 토성의 전면과 자신의 행성 주위를 태고적부터 충실히 지키고 있는 위성들이 보이는군요.
이제 저희는 아름다운 고리를 두른 멋진 행성 토성을 뒤로하고
태양계 최대 행성인 목성으로 향하도록 하겠습니다.    

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