8. 토성?

출처 나무위키 토성 (https://namu.wiki/w/%ED%86%A0%EC%84%B1)

 

 

토성(土星, Saturn)은 태양계의 여섯 번째 행성이다.

지구와 비교하면 약 95배 정도 무거우며, 부피는 지구의 764배로 태양계 내 행성 중에서 두 번째로 큰 크기의 행성이다. 뚜렷하고 넓은 고리가 인상적이다.

 

형태 

편평도(타원체의 찌그러진 정도)가 가장 큰 행성인데 토성의 편평도는 0.104로 행성 중 제일 크다. 잘 보면 완전한 원형이 아니라 살짝 납작한 모양을 하고 있는데 이는 매우 빠른 토성의 자전 속도 때문에 만들어진 형태이다. 지구가 자전하는 데는 24시간 정도가 걸리는데 지구보다 지름이 9.1배나 큰 토성은 고작 10시간 정도밖에 걸리지 않으니 얼마나 빠른지 알 수 있다. 굳이 계산해 보자면 약 22배 정도이다.

겉보기와 달리 힘은 별로 못 쓰는 편인데 중력이 1.065G밖에 안 된다. 크기(763배)와 질량(95배)을 감안하면 오히려 지구의 중력이 더 강하다고 할 수 있다.[8] 어쨌든 지구에서 체중이 100kg 나가는 사람이 토성에 가면 106.5kg가 된다.

성의 비중은 0.69로 물에 뜨는 행성이라는 우스갯소리가 널리 알려져 있다.

토성은 목성과 같이 대표적인 가스 행성으로 구성 물질 대부분이 기체라, 밀도가 낮아 물에 띄울 수 있다는 우스갯소리가 있다. 그러나 토성 역시 지구와 마찬가지로 비중이 일정하지 않기 때문에 금속질인 핵은 가라앉을 테지만 사고실험으로 질량이 0인 상자에 토성의 대기를 담아와서 물에 띄우면 뜰 것이다. 상자에 대기를 담아와서 띄우면 뜰 것이라는 건 이미 자명한 수준이긴 하다. 사실 그 전에 토성을 담을 수영장의 수압만으로 핵융합이 일어날 것이다

토성의 위성 중 하나인 타이탄은 수성보다도 크며 메탄 구름에서 액체 메탄 비가 내리는, 대기를 가지고 있는 위성이다. 기압도 무려 지구의 1.5배에 달한다. 이러한 사실 때문에 타이탄은 많은 SF의 소재가 되기도 했다. 또한 토성에서 가장 큰 위성으로, 타이탄의 질량은 다른 모든 토성의 위성들을 합친 것의 약 25배.

토성에도 목성처럼 줄무늬가 존재하나 상당히 희미해서 눈에 잘 띄지 않는다. 이는 전체적으로 각 구름 층이 목성에 비해 두껍기 때문이라고 한다.

카시니-하위헌스호가 탐사했으며 여지껏 알 수 없었던 많은 것들을 알게 됐다. 카시니 호가 관측한 데이터를 분석한 결과, 토성의 자전주기는 10시간 33분 38초라고 한다.

2020년 12월 21일 목성과 거의 근접했다. 1623년 이후 397년 만이며 저녁 7시경까지 육안으로도 확인할 수 있었다. 다만 1623년에는 태양과 너무 가까워 태양 빛에 행성들이 가려 지구 대부분 지역에서 관측하기 어려웠을 것이며 관측 가능했던 대접근은 1226년으로 사실상 800년 만에 관측할 수 있었던 셈이다. 이 장면을 다시 보려면 2080년 3월 15일까지 기다려야 한다. #1 #2 #3 #4 #5 국립과천과학관 생중계

토성의 핵은 잘 알려진 바가 없어서 단단한 암석이라고 생각했으나, 2021년 8월 16일 <nature astronomy>에서 발표된 연구에 따르면 핵은 얼음, 바위, 금속성 유체가 뒤섞인 상태라고 밝혀졌다.

 

토성의 고리

토성은 환상적인 고리(Rings of Saturn)를 가진 것으로 잘 알려져 있다. 사실은 목성, 천왕성, 해왕성도 고리를 가지고 있지만 토성의 그것에 비하면 거의 눈에 보이지 않을 정도로 가늘고 작다.[12] 토성의 고리는 저가 망원경으로도 충분히 관측이 가능하다.# 그럼에도, 토성 고리의 형성 과정은 달의 생성 과정이 그렇듯이 아직도 결론이 나지 않은 영역이다.

토성의 고리는 토성의 적도면에 자리 잡고 있으며 토성 표면에서부터 약 7만~14만km까지 분포하고 있어 토성의 고리 너비는 약 7만 km에 이른다. 수 마이크로미터에서 수 미터에 이르는 얼음덩어리나 암석 입자로 구성되어 있다. 이는 토성의 중력, 위성들과의 중력 상호작용, 자기장 등의 복합적인 요인에 의해 형성된 결과로, 고리의 구조와 동역학은 행성 형성 이론 연구에 중요한 정보를 제공한다.고리는 토성의 공전궤도면과 일치하지 않고, 두께가 수미터~수십미터 정도로 매우 얇기 때문에 토성이 궤도의 어디쯤에 있느냐에 따라 보이는 정도가 달라진다.


1609년 최초로 토성을 관측한 갈릴레오 갈릴레이는 좋지 못한 망원경으로 고리를 알아차리지 못하고 귀라고 생각했다. 1656년 네덜란드의 천문학자 하위헌스는 한층 발전된 기술로 자신이 제작한 50배율의 굴절 망원경을 이용해 이것이 고리임을 밝혀냈다. 이어서, 1675년 이탈리아의 천문학자 카시니는 토성의 고리가 여러 개로 이루어져 있다는 것을 밝혀냈다.

오랫동안 토성의 고리는 40억년 이상 전에 형성된 것으로 추정되어 왔다. 생성된 지 얼마안된 토성의 강력한 중력장이 주변을 지나는 혜성과 소행성을 붙잡아 이들이 서서히 띠를 형성했다는 것. 그러나 보이저 1, 2호 및 카시니 호의 관측 결과 고리의 구성 물질과 성분의 생성 연대가 훨씬 짧다는 것이 밝혀졌고 2022년에는 1~2억년 전쯤 토성의 위성 중 하나가 토성의 중력에 의해 부서지면서 형성됐다는 새로운 연구결과가 발표되기도 했다.기사1 기사2

이 고리에 대해 과거에는 얼마 가지 않아 구조가 뭉개질 일시적인 현상에 불과하다고 예상된 바 있다. 2017년 카시니-하위헌스(카시니-하위헌스) 호의 관측에 따르면 토성의 고리를 이루는 물질들이 토성의 대기로 흡수되어 초당 1.5t씩 없어지고 있다는 것이 밝혀졌다. 3억 년 안에 토성의 고리가 완전히 없어질 수도 있다는 것. 기사 반면에 고리의 물질들은 활발하게 생성, 소멸되고 있으며, 고리는 앞으로도 수십억 년 동안 지금과 똑같은 형상을 유지할 것이라는 분석도 있다. 또한 특정한 위성들이 소위 '양치기' 역할을 하여 중력으로 각 고리들을 끌어당겨 유지하고 엔셀라두스처럼 물질을 분사하는 경우에는 고리를 유지시키는 물질을 공급하는 역할 또한 도맡는다. 위의 영상에서처럼 고리가 정적으로 안정된 것이 아니라 끊임없이 움직이며 율동하고 있으며 고리를 붙잡아두는 역할을 하는 위성들이 지나갈 때마다 고리에 파문이 일 듯 출렁거리는 현상도 확인된다. 소행성대의 행성계 버전이라 봐도 될 듯.