토성 환상음악은 얼음충돌 소리

《태양계에서 인기순위 1위는 단연 토성이다. 많은 이들을 매료시키는 환상적인 고리 때문이다. 최근 미국 항공우주국(NASA)의 탐사선 카시니가 토성 주변을 돌면서 고리의 비밀을 속속 벗겨내고 있다. 거대한 레코드판처럼 보이는 고리에서 나오는 소리를 탐지했고 토성의 위성이 뜻밖에 고리에서 물질을 빼앗는 모습을 포착했다.》

● 고리에서 나오는 음악소리

토성 고리가 레코드판과 닮은 것은 생김새뿐만이 아니다. 토성 고리도 악보의 멜로디를 연상시키는 ‘소리’를 내보낸다. 다만 실제 들을 수 있는 소리는 아니다.

카시니에는 전파탐지기가 실려 있다. 카시니가 토성 고리를 지나갈 때 탐지기는 고리에서 나오는 전파를 잡아냈다. 미 아이오와대 돈 거넷 박사는 “이 전파는 주파수를 5분의 1로 줄이면 사람 귀로 들을 수 있다”며 “실제 들어보니 놀라운 ‘우주 음악’이었다”고 밝혔다.

우주 음악은 1∼3초간 유지되는 짧지만 매우 뚜렷한 음조로 이뤄졌다. 거넷 박사팀은 음조가 고리를 구성하는 얼음 덩어리에 물체가 충돌할 때 만들어진다고 판단했다. 연구팀은 충돌에 관련된 에너지를 추정함으로써 물체가 대략 1cm의 지름을 가진다는 점을 알아냈다.

과학자들은 우주공간을 떠돌던 물체가 토성 고리에 끊임없이 충돌할 것이라고 예상했지만, 이렇게 실제 충돌현상을 직접 포착하기는 이번이 처음이다.

이번 발견은 1일 미국천문학회의 연례학회 행성과학 분과에서 발표됐다.

● 프로메테우스, 불 대신 물질 빼앗다

토성의 고리에서 레코드판처럼 보이는 부분은 안쪽의 밝은 ‘주 고리’다. 하지만 주 고리의 바깥쪽에도 작은 고리들이 있다. 대표적인 것이 F고리.

지난달 29일 카시니는 F고리 안쪽에 있는 위성이 F고리의 물질을 빼앗는 장면을 사진으로 찍었다. 이 위성은 그리스신화에서 신에게서 불을 훔쳤다는 프로메테우스의 이름을 가지고 있다. 위성 프로메테우스는 불 대신 고리 물질을 훔친 것이다. 사진에서 프로메테우스가 빼앗은 물질은 위성에서 F고리로 이어지는 밝은 띠로 나타난다.

과학자들은 위성 프로메테우스가 14시간에 1번씩 토성 둘레를 돌면서 F고리에 가장 가까워질 때마다 고리 물질을 빼앗는 것으로 추정하고 있다. 카시니가 찍은 사진에는 위성이 이전에 물질을 빨아들이고 남은 흔적도 발견됐다.

● 토성 고리 화려한 이유

프로메테우스가 고리 물질을 빼앗는 것은 무슨 의미일까. 경희대 우주과학과 김성수 교수는 “오랫동안 지속되는 존재라고 생각됐던 토성 고리가 사실 그렇지 않다는 것을 말해주는 하나의 증거”라고 밝혔다.

토성 고리는 태양풍(태양에서 나오는 입자흐름)이나 태양빛에 의해 사라지기도 한다. 고리 물질 가운데 작은 입자들은 태양풍에 휩쓸려 빠져 나가고, 휘발성이나 얼음 성분을 가진 입자들은 태양빛을 받으며 1000만년 이상 서서히 증발된다.

원래 토성 고리는 토성 주변에 있던 물질이 위성을 형성하고 남은 입자들이다. 위성이 토성에 너무 가까워져 깨질 때, 또 외부에서 토성으로 끌려 들어온 소행성이나 혜성이 깨질 때 고리는 더 커진다. 김 교수는 “토성의 고리가 목성의 고리보다 화려한 이유는 상대적으로 최근인 수십만∼수천만년 전에 외부 천체가 부서지며 형성됐기 때문”이라며 “수천만년 후 토성 고리는 지금보다 보잘것없어질지 모른다”고 말했다.

이충환 동아사이언스기자 cosmos@donga.com