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태양계 이야기 448 - 타이탄의 거대 구름



(As winter sets in at Titan’s south pole, a cloud system called the south polar vortex (small, bright “button”) has been forming, as seen in this 2013 image.
Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)



(This 2012 close-up offers an early snapshot of the changes taking place at Titan’s south pole. Cassini’s camera spotted this impressive cloud hovering at an altitude of about 186 miles (300 kilometers). Cassini’s thermal infrared instrument has now detected a massive ice cloud below it.
Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)


 토성의 위성 타이탄은 태양계에서 가장 두꺼운 대기를 가진 천체 중 하나입니다. 그리고 이 대기는 태양계의 다른 천체에서는 볼 수 없는 매우 독특한 현상을 일으킵니다. 즉 대기 중 탄화수소 분자가 서로 결합해서 더 복잡한 유기물을 만드는 것이죠. 물론 단순한 메탄이나 에탄 같은 액화천연가스  성분이 구름을 만드는 것 역시 매우 독특한 현상입니다.
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 나사의 카시니 탐사선은 2004년 토성 도착 이후 타이탄의 모습을 계속해서 관측해왔습니다. 2012년 타이탄의 남반구, 특히 남극에서 가까운 지역에서는 거대한 구름의 모습이 포착되었습니다. 카시니의 카메라가 포착한 거대한 소용돌이는 탄화수소 화합물과 질소 화합물이 응결되어 생긴 거대한 얼음 구름이었습니다.
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 타이탄의 적도에서 따뜻해진 공기는 남반구로 내려오면서 온도가 떨어지게 됩니다. 그러면 높은 고도에 있던 대기가 아래로 내려가면서 이 공기가 품고 있는 탄화수소와 질소 화합물은 온도가 내려가게 됩니다. 그러면 응결되는 것이죠. 이런 현상은 지구에서도 볼 수 있습니다.
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 하지만 타이탄에서 독특한 부분은 거대한 덩어리를 이뤄서 침강하면서 성층권 하부에 스모그 같은 구름을 만든다는 것입니다. 2012년 카시니는 타이탄의 남반구에서 거대한 구름 덩어리를 발견했는데, 그 고도는 무려 300km 였습니다. 2013년 다시 나타난 구름은 200km의 높이에 형성되었습니다. 현재까지 태양계의 천체 가운데서 이런 독특한 거대 구름을 형성하는 천체는 발견된 적이 없습니다.
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 나사의 과학자들은 이 구름이 영하 150도에서 형성된 것이라는 점을 알고 있습니다. 그리고 그 독특한 구성 성분이 메탄과 다른 탄화수소, 질소화합물이라는 것도 알고 있습니다. 아마도 이 독특한 성분이 구름의 특이한 모습과 연관이 있는 것 같지만, 구체적으로 대기의 하강이 남반구에서 이런식으로 일어나는 원인에 대해서는 완전히 알지는 못하고 있습니다.
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나사의 연구 책임자 스콧 에딩턴(Scott Edgington, Cassini deputy project scientist at NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL))은 2017년 예정된 임무 종료시점까지 카시니가 타이탄의 대기의 모습을 모니터링 할 것이라고 언급했습니다.
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 다만 불행히 타이탄의 한 계절의 길이가 7.5년에 달하기 때문에 현재 겨울인 남반구의 모습이 계절에 다라 어떻게 변하는지 알기는 어려울 것 같다고 합니다. 예를 들어 계절이 바뀌면 북반구에서도 이런 모습이 나타나는 것인지 혹은 그냥 사라지는 것인지 알기는 어렵다는 것이죠.
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카시니는 10년이 넘는 기간 동안 탐사를 하면서 이제 연료가 거의 다 떨어진 상태입니다. 이후에는 동력이 있어도 궤도를 유지하기 힘들기 때문에 임무 수행이 어렵습니다. 그냥 놔둘 경우 토성의 위성에 충돌할 가능성이 있고 만에 하나라도 박테리아가 숨어 있는 경우 위성을 오염시킬 수도 있기 때문에 (물론 희박한 경우입니다) 나사는 안전하게 토성의 대기에 충돌시켜 태워버릴 예정입니다.
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 그런데 카시니가 퇴역한 이후에는 한동안 토성과 그 위성의 모습을 실시간으로 탐사할 우주선은 없습니다. 카시니의 후계 우주선은 아직 제작되지도 않았고 발사되지도 못했습니다. 이런 부분은 참 아쉬운 일이라고 생각되지만, 결국 언젠가는 인류가 다시 토성을 탐사하는 날이 올 것이라고 믿습니다.
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