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2018년 5월 25일 금요일

태양계 이야기 690 - 토성의 비행 접시 위성의 생성 이유는?



(The top row shows 3 small moons of Saturn imaged by the Cassini spacecraft. Shown at the bottom are the model outcomes. The simulations not only reproduce the shapes, but may also explain why the ridges on Pan and Atlas look different from the rest of their bodies: They are made of smooth material that was squeezed out during the merging process. Cracks on the main body could be the result of tensile stresses caused by the deformation of the merging objects. The modelled Prometheus-like moon displays the same tips at both ends as seen on the Cassini images. Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute/University of Bern)



 토성의 위성은 크기와 형태에서 매우 다양한 모습을 보여주고 있습니다. 그 가운데 지름 30km 정도의 작은 위성인 판과 아틀라스는 비슷한 비행접시 모양을 하고 있어 그 생성과정이 동일했을 가능성을 시사하고 있습니다. 앞서 포스트에서 소개한 것처럼 이 위성들은 토성 안쪽 고리의 간극 사이에 위치해 있으며 고리에서 물질을 흡수해 커졌을 가능성이 높습니다.
 



 베른 대학의 과학자인 마틴 루빈 (Martin Rubin)과 그의 동료들은 이런 독특한 모양의 위성이 생성된 이유를 알기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 가설을 검증 했습니다. 그 결과 흥미롭게도 두 개의 비슷한 천체가 적당한 각도와 속도로 충돌할 때만 비행접시 모양의 위성이 생성된다는 결과가 나왔습니다. 


 연구팀에 의하면 충돌 속도는 초당 수십 미터 정도로 비교적 느린 편이며 충돌 각도는 거의 정면으로 충돌한 것으로 (Head-on collision) 추정된다고 합니다. 물론 정말 이런 정밀한 각도와 속도로 충돌하는 경우가 얼마나 있을지 의문이지만, 어쩌면 지금 우리가 보는 판과 아틀라스 여러 차례 충돌과 파괴의 결과물일지도 모릅니다. 


 수많은 얼음 덩어리가 존재하는 토성의 고리에서 작은 위성이 생성된 후 다시 파괴되는 경우는 매우 흔했을 것입니다. 판이나 아틀라스 역시 오랜 시간이 지나면서 우연히 지금처럼 안정된 형태를 갖춘 것인지도 모릅니다. 참고로 각도가 조금만 옆으로 기울어지더라도 판이나 아틀라스 같은 모양 대신 토성의 조석력과 코리올리 힘이 작용해 프로메테우스 같은 길쭉한 모양이 될 것이라고 합니다. 




(동영상) 


 물론 이는 시뮬레이션만으로 확신하기는 어려운 문제이기도 합니다. 더 결정적인 증거를 수집하기 위해서는 역시 매우 가까운 거리에서 정밀 관측이 필요합니다. 다만 토성의 위성에는 타이탄, 엔셀라두스 같이 과학적 가치가 큰 탐사 목표가 있어 판이나 아틀라스 같은 작은 안쪽 위성은 앞으로 한동안 미지의 탐사 대상으로 남을 가능성이 클 것입니다. 그래도 언젠가 인류가 이 작은 위성에도 탐사선을 보내 이들이 지닌 비밀을 풀어낼 것으로 생각합니다.


 참고 


A. Leleu et al. The peculiar shapes of Saturn's small inner moons as evidence of mergers of similar-sized moonlets, Nature Astronomy (2018). DOI: 10.1038/s41550-018-0471-7 

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