태양계 이야기 141 - 토성의 고리에 충돌한 미세 운석들

 토성하면 생각나는 것은 토성 그 자체 이상으로 토성의 주변에 존재하는 거대한 고리입니다. 다른 외행성들도 고리는 가지고 있지만 토성의 거대한 고리에 비교할 바가 아니죠. 단순히 인간의 눈으로 봤을 때 그 크기와 아름다움에 비교할 만한 구조물은 태양계에서 달리 찾기 힘들 정도입니다. 미세한 얼음이 주성분인 이 고리는 주 고리만 토성 적도에서 7000 km 상공 부터 8만 km 성공까지 퍼져 있지만 그 두께는 극도로 얇아서 10 미터에서 1 km 수준입니다.  

(카시니가 본 자연색 (Natural Color) 의 토성의 고리. 거리는 토성의 중심 부터.  11,795 × 1,425 픽셀 이미지로 클릭하면 원본.    NASA/JPL/Space Science Institute  )  

 토성의 고리는 아름답기만 한 것이 아니라 여러가지 흥미로운 현상을 일으켜 과학자들에게 중요한 관측 대상이기도 합니다. 최근 코넬 대학의 카시니 우주선 프로젝트 참여 과학자인 맷 티스카레노 (Matt Tiscareno,  Cassini participating scientist at Cornell University ) 와 그의 동료들은 이를 이용해서 토성 궤도 부근의 미세 운석들의 밀도를 추정할 수 있다는 내용을 발표했습니다. 

 이에 의하면 토성의 거대한 고리는 그 표면적이 지구 표면적의 100 배에 달하기 때문에 그 주변을 도는 미세한 운석들이 끊임없이 충돌할 수 밖에 없습니다. 토성의 중력에 의해 본래 토성 주변을 도는 물체가 아니라 토성의 중력에 이끌려 토성에 가까이 다가간 미세 운석들은 토성 자체보다 더 거대한 토성의 고리와 끊임없이 충돌하고 있습니다. 

 지난 2009 년에서 2012 년 사이 토성에서 현재 관측 중인 카시니 우주선의 데이터를 분석한 연구팀은 특히 2009 년에 토성의 분점 (equinox, 춘분점과 추분점) 에 해당되는 시점에서 이와 같은 충돌을 관측하는데 가장 좋은 조건이라는 것도 알아냈습니다. 비록 토성의 고리 전체를 한번에 다 보기는 힘들지만 연구팀은 카시니가 보내온 토성 고리의 막대한 사진으로부터 미세 운석이 고속으로 토성 고리와 충돌할 때 남기는 구름의 존재를 9 개 정도 확인하는데 성공했습니다. 이 미세 운석들의 크기는 1 cm 에서 수미터 정도라고 합니다. 그 정도 크기라도 토성의 고리와 초속 수십 km 의 속도로 충돌하면 운동에너지는 엄청나며 이때 남기는 흔적은 카시니 우주선에도 확인 가능합니다. 이 관측 결과는 주로 C 고리에서 확인되었다고 합니다.   

(카시니 관측 사진에서 확인된 토성 고리의 미세 운석 충돌 흔적. 마치 눈덮힌 길을 지나는 스키처럼 충돌에 의한 자국이 토성의 고리에 긴 흔적을 남김  Five images of Saturn's rings, taken by NASA's Cassini spacecraft between 2009 and 2012, show clouds of material ejected from impacts of small objects into the rings. (Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute/Cornell) ) 

 이에 의하면 아마도 이 정도 크기의 작은 미세 운석이 유입되는 정도는 과거 예측 수준과 비슷한 정도로 희박한 수준 이라고 합니다. 하지만 향후 추가 관측이 이뤄져야 간접적인 미세 운석의 밀도 측정이 가능해질 것으로 보입니다. 과거에는 토성 궤도 정도에 있는 수미터 이하의 미세 운석의 밀도를 측정할 방법이 전혀 없었습니다. 하지만 토성의 고리를 이용한다면 그 밀도를 간접적으로 측정할 수 있다는 발상은 상당히 참신해 보입니다. 이 연구는 Science 에 기재되었습니다. 

 참고 

Journal Reference:

1. Matthew S. Tiscareno, Colin J. Mitchell, Carl D. Murray, Daiana Di Nino, Matthew M. Hedman, Jurgen Schmidt, Joseph A. Burns, Jeffrey N. Cuzzi, Carolyn C. Porco, Kevin Beurle, and Michael W. Evans. Observations of Ejecta Clouds Produced by Impacts onto Saturn’s Rings.Science, 2013; 340 (6131): 460-464 DOI:10.1126/science.1233524

 http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA14938

http://www.sciencedaily.com/releases/2013/04/130425144654.htm