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태양계 이야기 1063 - 타이탄 마법의 섬의 정체는?



 (Radar pierces Titan’s thick veil of smog, revealing lakes and a large sea in the moon’s north pole region, captured by the Cassini spacecraft. Transient bright spots, “magic islands,” have been seen appearing and disappearing on Ligeia Mare. Credits: center, NASA/JPL-Caltech/ASI/USGS; left and right, NASA/ESA, T. Cornet, ESA)

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(Summary of the fate of simple and complex organics on Titan's surface (background image AI generated by X. Yu using Midjourney). Credit: Geophysical Research Letters (2024). DOI: 10.1029/2023GL106156)

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토성의 위성 타이탄에는 크고 작은 호수와 바다가 있습니다. 물이 바위처럼 단단하게 얼 낮은 온도이지만, 그렇기 때문에 메탄이나 에탄 등 탄화수소가 낮은 온도에서 액체 상태로 존재해 고일 수 있는 것입니다.

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그런데 2014년 카시니 탐사 당시 과학자들은 타이틴의 호수에서 레이더 반사율이 좀 다른 지역을 발견했습니다. 마법의 성 (magic islands)라는 별명을 얻은 이 구조물의 정체에 대해서 진짜 섬일수도 있고 질소의 거품이나 빙산일수도 있다는 다양한 해석이 나왔습니다.

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이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/220987749499

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https://blog.naver.com/jjy0501/220038626432

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행성과학자인 신팅 유 (Xinting Yu)가 이끄는 연구팀은 관측 결과를 가장 잘 설명할 수 있는 모델로 얼어붙은 유기물이 둥둥 떠 있는 상태를 가정했습니다.

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타이탄의 대기에는 다양한 유기물이 존재하기 때문에 이들이 강을 타고 호수에 모일 수 있습니다. 연구팀은 이 유기물이 가라앉을지 혹은 둥둥 뜨게 될지 조사했습니다. 연구팀에 따르면 타이탄의 메탄 호수는 이미 이런 물질로 포화 상태이기 때문에 더 녹지 못하고 고체 상태로 존재하기 어렵습니다.

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하지만 그렇다고 고체 유기물 덩어리가 쉽게 액체 메탄 위에 뜨기는 어렵습니다. 물은 얼음이 되면 밀도가 낮아지지만, 대부분 물질들은 반대이기 때문입니다. 그리고 메탄의 표면 장력 역시 물보다 낮습니다.

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따라서 이런 유기물 덩어리가 호수 위에 뜨기 위해서는 스위스 치즈나 벌집처럼 구멍이 많은 형태일 필요가 있습니다. 연구팀은 여기에 더해 얼어붙은 물질이 표면에 서리처럼 코팅된 상태로 존재해 레이더 반사율이 높을 것으로 예측했습니다.

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물론 이론적 연구만으로 마법의 섬의 정체를 알아내기는 어려울 수 있습니다. 정확한 이유를 알기 위해서는 역시 타이탄의 호수에 탐사선을 직접 보내야 합니다. 현재 이 계획도 존재하기 때문에 결국 언젠가 그 정체를 알아내는 날이 올 것으로 생각합니다.

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그건 그렇고 마법의 섬이라고 하니까 자꾸 마법의 성이라는 노래 때문에 오타가 생기네요. 오래 전 나왔지만, 지금 들어도 좋은 명곡 같습니다.

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참고

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https://phys.org/news/2024-01-titan-magic-islands-honeycombed-hydrocarbon.html

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Xinting Yu et al, The Fate of Simple Organics on Titan's Surface: A Theoretical Perspective, Geophysical Research Letters (2024). DOI: 10.1029/2023GL106156

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