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태양계 이야기 1197 - 토성의 자기장이 비대칭인 이유



 (Schematic showing the position of Saturn's cusp compared to Earth's. Credit: SUSTech)

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지구는 강한 자기장을 지니고 있어 대기와 지구 표면에 살고 있는 생물체들을 보호하고 있습니다. 자기장이 거의 없다시피한 화성이 대기 대부분을 잃은 것과 대조적입니다. 하지만 태양계의 큰 형님인 목성과 토성은 지구와도 비교할 수 없을 정도로 강력한 자기장을 지닌 행성입니다.

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유니버시티 칼리지 런던 (University College London, UCL) 및 중국과학원, 남방과학기술대학교, 홍콩대학교의 과학자들은 나사 카시니 탐사선에 탑재되었던 두 가지 장비(카시니 자기계, MAG와 카시니 플라즈마 분광기, CAPS) 데이터를 분석해 토성의 자기권이 지구보다 훨씬 클 뿐 아니라 상당히 비대칭적 구조를 지니고 있다는 점을 알아냈습니다.

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연구팀은 카시니 우주 탐사선이 2004년부터 2010년 사이 6년간 67회 토성의 자전 중심축을 통과할 때 데이터를 분석했습니다. 그리고 토성의 자기장 선이 극지방으로 휘어져 들어가면서 대전 입자를 대기로 집중시키는 지점인 토성 자기장의 정점(cusp)의 정확한 위치를 파악했습니다.

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그 결과 연구팀은 토성 자기장의 정점이 태양에서 볼 때 토성의 자전축의 끝부분이 오른쪽으로 치우쳐 있으며, 지구 시간으로 12시가 아닌 시계 방향으로 13시에서 15시 사이에 가장 자주 위치한다는 사실을 발견했습니다. 즉 자기장이 대칭이 아니라 한쪽으로 치우쳐져 있는 것입니다. (사진 참조)

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이는 토성의 매우 빠른 자전 속도(토성의 하루는 10.7시간)와 토성의 위성, 특히 엔셀라두스에서 방출된 가스로 이루어진 플라즈마 덩어리가 주변을 휘감고 있기 때문일 가능성이 높다는 것이 연구팀의 분석입니다. 간헐천을 통해 엄청난 양의 수증기를 방출하여 이온화시키고, 이로 인해 자기권에 무거운 플라스마가 채워지면 행성의 자전으로 인해 이 플라스마가 끌어당겨지면서 자기장이 변하면서 자기장 선을 오른쪽으로 끌어당기는 것으로 추정됩니다.

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태양계에서 가장 활발한 수증기 분출 활동을 일으키는 위성인 엔셀라두스는 토성의 고리에 계속 새로운 물질을 공급하는 것으로 알려져 있습니다. 이번 연구에서는 자기장의 형태까지 바꿀 수 있다는 점을 보여줬습니다. 하지만 엔셀라두스가 내뿜는 수증기에서 가장 흥미로운 사실은 어쩌면 내부의 생명체의 존재를 시사할 수 있는 물질이 있을 수 있다는 것입니다.

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유럽 우주국은 이를 탐사하기 위해 2040년대 탐사 프로젝트를 추진하고 있습니다. 카시니 이후 새로운 탐사선이 토성과 엔셀라두스를 탐사하면 더 놀라운 사실들이 밝혀질 것으로 기대합니다.

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참고

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https://phys.org/news/2026-03-saturn-magnetic-lopsided-earth.html#google_vignette

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Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-69666-9

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