토성의 고리가 사실은 오래전에 부서진 위성의 잔해일 수 있다는 새로운 연구 결과가 나왔다. 연구진은 ‘크리살리스(Chrysalis)’라는 가상의 위성이 약 1억 년 전 토성에 너무 가까이 접근하면서 강한 중력에 의해 파괴됐고, 그 과정에서 떨어져 나온 얼음 조각들이 지금의 고리를 만들었을 가능성이 크다고 설명한다. 이 가설은 토성의 기울기와 고리의 나이가 상대적으로 젊다는 두 가지 미스터리를 동시에 설명할 수 있다는 점에서 주목받고 있다.
사라진 위성 ‘크리살리스’, 토성의 고리 기원일 가능성
연구진은 ‘크리살리스’라는 가상의 위성이 과거 토성 주변을 돌다가 궤도가 불안정해지면서 결국 토성에 매우 가까이 접근했을 것으로 추정했다. 이 과정에서 토성의 강력한 중력, 즉 조석력에 의해 위성의 바깥쪽 얼음층이 벗겨졌고, 일부 파편은 우주 공간에 남아 서로 충돌하고 퍼지면서 현재 토성의 고리 구조를 형성했을 가능성이 제기됐다.
이 가설은 토성의 고리가 왜 대부분 ‘얼음’으로 이루어져 있는지도 자연스럽게 설명해 준다. 연구에 따르면, 위성의 바깥쪽은 얼음으로 이루어져 있어 먼저 떨어져 나갔고, 내부의 암석 부분은 대부분 토성으로 떨어졌을 가능성이 크다.
토성의 기울기까지 설명하는 단서
이번 연구는 단순히 토성의 고리의 기원을 설명하는 데 그치지 않는다. 토성이 약 26.7도 기울어져 있는 이유도 함께 설명할 수 있는 단서를 제공한다.
과학자들은 그동안 토성의 기울기가 해왕성과의 중력 상호작용 때문이라고 생각해 왔다. 이전 연구에서는 크리살리스가 오랜 시간 동안 토성 주변을 돌며 이 균형을 유지하는 데 중요한 역할을 했다고 본다.
하지만 약 1억~2억 년 전, 이 위성의 궤도가 불안정해지면서 토성과 치명적으로 가까워졌고, 결국 파괴되는 과정에서 기존의 균형이 무너지며 현재의 기울기가 형성됐을 가능성이 제기됐다.
컴퓨터 시뮬레이션 결과도 이를 뒷받침한다. 연구진은 토성의 중력이 위성의 얼음층을 우선적으로 벗겨내고, 그 물질이 고리로 남았다는 시나리오가 현재 관측되는 고리의 특징과 잘 맞는다고 설명했다.
아직 남아 있는 미스터리와 앞으로의 연구
연구진은 초기 토성의 고리 질량이 지금보다 훨씬 컸을 가능성도 제시했다. 이후 토성의 큰 위성들, 특히 타이탄과의 중력 상호작용으로 일부 물질이 사라지면서 현재의 모습이 됐을 수 있다는 것이다.
다만 크리살리스의 핵이 이후 어떻게 됐는지는 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 일부는 토성으로 떨어졌을 수도 있고, 일부 잔해는 다른 위성 표면에 흔적을 남겼을 가능성도 있다.
과학자들은 앞으로 우주 탐사를 통해 이런 흔적을 찾을 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이번 연구는 토성의 고리 기원을 이해하는 데 중요한 단서를 제공하는 동시에, 태양계의 역사를 새롭게 바라보게 하는 계기가 될 것으로 보인다.
성치훈 기자/ hello@sciencewave.kr
출처: Space.com, “Are Saturn’s rings made of a lost, shattered moon? New evidence arises for the case”
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