[뉴스스페이스=이종화 기자] 토성은 어떤 별일까. 토성하면 우선 장엄한 고리가 연상된다. 토성은 그 독특한 고리와 수많은 위성들로 인해 천문학자들과 우주 애호가들에게 많은 흥미로운 이야깃거리를 제공해 왔다. '인터스텔라'같은 영화에도 등장할 정도로 신비롭고 많은 영감을 주는 별이다. 외계에서 보면 가장 아름다운 별로 알려져 있다.
1. 토성의 고리=태양계에서 가장 화려한 구조물
토성의 고리는 얼음 입자와 먼지 조각으로 이루어져 있으며, 그 기원은 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 약 7개의 주요 고리와 수천 개의 작은 고리로 나뉜다. 이 고리들은 두께가 평균적으로 불과 10~20m에 불과하지만, 직경은 약 12만km에 이른다.
흥미롭게도, 과거 지구에도 토성처럼 고리가 존재했을 가능성이 제기됐다. 또 토성의 고리와 관련해 2019년 '사이언스'에 발표된 연구에 따르면, 토성의 고리는 약 1억년 전 형성되었을 가능성이 제기됐다. 이는 토성의 고리가 비교적 젊다는 것을 의미한다.
2. 고대부터 관측된 행성…Saturday의 유래
토성은 육안으로도 관측 가능한 행성으로, 고대 바빌로니아와 그리스에서도 기록이 남아 있다. 로마 신화에서 토성은 농경의 신 ‘사투르누스(Saturnus)’로 불렸으며, 요일 이름 Saturday는 이 신의 이름에서 유래했다.
토성의 고리는 그 아름다움으로 인해 다양한 문화에서 신화와 전설의 소재가 되어 왔다. 토성의 고리는 풍요와 수확을 상징한다.
3. 토성 고리의 발견 '갈릴레오 갈릴레이'
토성 고리의 최초의 발견은 1610년 갈릴레오 갈릴레이가 자신의 망원경으로 토성을 관측하던 중 토성의 양옆에 '귀'처럼 보이는 '손잡이'를 발견한 것에서 기인한다. 당시 망원경의 해상도가 낮아 정확한 형태를 파악하지 못했지만, 이는 오늘날 우리가 알고 있는 토성의 고리였다.
그러나 50년 후인 1659년 네덜란드의 천문학자인 호이겐스(Huygens)에 의해 그것이 고리라는 것이 밝혀지고 최근의 보이저가 관측할 때까지는 너무 희미해서 상세하게 알 수는 없었다.
4. 토성의 위성은 태양계에서 가장 많은 145개
토성은 태양계에서 위성의 왕이다. 토성은 2023년 기준 145개의 위성을 가진 것으로 밝혀졌으며, 이는 목성을 제치고 태양계에서 가장 많은 위성을 가진 행성으로 기록됐다.
토성의 신비는 태양계 탐사 우주선 보이저 1,2호에 의해 낱낱이 밝혀졌다. 토성에는 모두 60개의 위성이 있는 것으로 2006년 11월까지 확인됐으나, 2023년 5월에 와서 토성의 위성은 145개이며 현재까지 태양계 중 가장 위성이 많은 것으로 밝혀졌고, 앞으로 더 발견될 수도 있다.
이 위성들 대부분은 얼음 덩어리로 이루어져 있으며 일부는 암석도 군데군데 섞여 있다. 토성의 위성은 1659년에 처음으로 발견됐으며 이 해는 호이겐스에 의해 토성의 고리가 발견된 해이기도 하다. 이 위성은 200년 뒤 로마 신화의 새턴(토성의 신 이름)과 친인척 관계인 타이탄이라고 불렀다.
토성의 위성 가운데 타이탄은 발견 역사가 가장 오래됐고 다른 태양계 위성 중에서는 볼 수 없는 얼음이 지표면에 존재한다. 타이탄은 직경은 5150km, 질량 1.35*1023kg으로, 태양계 위성 중 목성의 가니메데 다음으로 큰 위성이다. 타이탄은 표면 중력이 작음에도 불구하고 온도가 낮아 대기를 가지고 있고, 1944년 천문학자 카이퍼는 대기에 메탄이 포함되어 있다는 것을 발견했다.
토성의 가장 큰 위성인 타이탄은 지구 이외의 천체 중 액체(메탄과 에탄)가 존재하는 곳으로 알려져 있으며, 생명체가 존재할 가능성이 있는 곳으로 알려졌다. 그 이유는 타이탄의 대기와 표면은 초기 지구와 유사한 조건을 가질 가능성이 있어 생명체 연구에 있어 중요한 천체로 평가받고 있다.
토성의 위성 중 하나인 엔셀라두스는 남극 지역에 '호랑이 무늬'로 불리는 독특한 줄무늬를 가지고 있다. 이 줄무늬는 지하 바다에서 얼음 형태로 뿜어져 나오는 물질이 얼음 지각에 균열을 형성하면서 만들어졌다고 알려졌다.
5. 토성은 태양계에서 두 번째로 크지만, 가장 가벼운 행성
토성은 태양계에서 목성에 이어 두 번째로 큰 행성이다. 지름은 약 12만km로 지구의 9.1배, 부피는 약 760배에 달한다.
그러나 질량은 지구의 95배로, 밀도가 상대적으로 낮다. 지구는 주로 암석과 금속으로 이루어져 있지만, 토성은 수소와 헬륨으로 구성된 가스 행성이다. 즉 토성의 밀도는 태양계 행성 중 가장 낮다. 평균 밀도는 0.687 g/cm³로, 물보다 가벼운 밀도를 가지고 있다.
만약 토성을 물이 담긴 거대한 욕조에 넣는다면, 토성은 물 위에 떠오를 정도로 가볍다.
6. 토성의 극단적인 날씨와 태양계에서 가장 강한 바람
토성의 대기는 수소(약 96%)와 헬륨(약 4%)로 이루어져 있으며, 주기적으로 강력한 폭풍우가 발생한다. 특히 '백색 반점(White Spot)'이라 불리는 거대 폭풍은 토성의 대기에 주기적으로 나타나는 현상으로, 지름이 약 수만 km에 이를 정도로 거대하다.
토성의 대기에서는 초속 약 1,800km에 달하는 강력한 풍속이 관측되는데, 이는 태양계에서 가장 강력한 바람 중 하나다. 또한, 토성의 남극에는 거대한 육각형 형태의 폭풍(‘육각형 소용돌이’)이 발견되어 과학자들의 관심을 끌었다.
7. 토성의 빠른 자전 '10시간 39분'
토성의 자전 속도는 매우 빠르다. 토성은 약 10시간 39분 만에 자전을 완료하며, 태양계에서 두 번째로 빠르게 자전하는 행성이다. 빠른 자전으로 인해 극이 납작하고 적도가 부풀어오르는 타원형 형태를 띈다. 즉 적도 지름이 극 지름보다 약 9.6% 더 크다.
이는 토성이 가스로 이루어진 행성으로, 빠른 자전으로 인해 원심력이 작용해 납작한 형태를 띠게 된 것이다.
토성은 그 거대한 크기와 독특한 고리 구조로 인해 지구와는 매우 다른 특성을 지니고 있다. 지구와의 비교를 통해 토성의 독특한 특징을 이해할 수 있으며, 인류는 다양한 탐사선을 통해 토성에 대한 지식을 꾸준히 확장해 나가고 있다.
8. 토성의 탐사선…파이오니어 11호, 보이저 1호와 2호
토성 탐사는 인류의 우주 탐사 역사에서도 중요한 위치를 담당해 왔다.
파이오니어 11호(Pioneer 11)는 1979년 9월 1일 토성에 접근해 약 2만km 거리에서 토성과 몇몇 위성의 사진을 촬영했다. 해상도는 높지 않았지만, 토성의 대기와 타이탄의 온도를 측정하는 등 초기 탐사의 중요한 데이터를 수집했다.
이후 1980년과 1981년에 보이저 1호와 2호가 각각 토성에 접근해 고해상도 사진을 전송했으며, 특히 위성 타이탄의 대기에 관한 많은 정보를 수집했으나 짙은 대기로 인해 표면 지형은 관측하지 못했다.
토성의 위성 타이탄은 원시 지구 환경과 유사해 많은 관심을 받고 있다. NASA는 2028년 발사를 목표로 드래곤플라이(Dragonfly) 미션을 계획하고 있다. 이 미션은 타이탄의 다양한 지형을 탐사하여 유기 화합물과 잠재적인 생명체의 흔적을 찾는 것이 목표다.
9. '죽음의 다이빙'을 선택한 카시니 탐사선
1997년 발사돼 토성 주위를 탐사한 카시니-호이겐스(Cassini-Huygens)는 토성의 고리와 위성에 대한 상세한 데이터를 수집한 바 있다. NASA, ESA, 이탈리아 우주국(ASI)이 공동으로 개발한 프로젝트로, 2004년 토성 궤도에 진입하여 2017년까지 토성과 그 위성들을 상세히 탐사했다. 카시니는 토성의 대기, 고리 구조, 위성들의 지질학적 특징 등을 조사했으며, 호이겐스 탐사선은 타이탄의 표면에 착륙해 그 대기와 지표에 대한 귀중한 데이터를 전송했다.
NASA의 카시니 탐사선은 13년간 토성을 탐사한 뒤, 2017년 토성 대기 속으로 의도적으로 돌입하며 임무를 마쳤다. 이 ‘죽음의 다이빙’은 토성에 대한 마지막 데이터를 수집하며 인류 역사상 가장 성공적인 탐사 중 하나로 평가된다.
10. 토성 탐사의 선구자 '조반니 도메니코 카시니'
토성 탐사 역사에서 가장 두드러진 인물은 이탈리아 출신의 프랑스 천문학자 조반니 도메니코 카시니(Giovanni Domenico Cassini, 1625~1712)를 꼽을 수 있다. 그는 1675년 토성의 고리가 여러 개로 이루어져 있으며, 그 사이에 간극이 존재한다는 사실을 발견했다. 이 간극은 그의 이름을 따서 '카시니 간극'으로 명명됐다.
카시니는 또한 토성의 위성인 이아페투스(Iapetus), 레아(Rhea), 테티스(Tethys), 디오네(Dione) 등 4개의 위성을 발견해 토성 연구에 큰 공헌을 했다. 그의 업적을 기리기 위해 NASA와 ESA가 공동으로 진행한 토성 탐사선 프로젝트에 '카시니-호이겐스(Cassini-Huygens)'라는 이름이 부여됐다.
11. 외계에서 보면 가장 아름다운 행성
NASA의 보이저와 카시니 탐사선이 촬영한 토성의 이미지는 대중에게 널리 사랑받으며, 그 독특한 고리와 황금빛 대기는 '우주에서 가장 아름다운 행성'이라는 평을 받고 있다.
토성은 단순히 독특한 고리의 행성일 뿐 아니라, 생명 가능성의 단서를 탐구하는 타이탄, 극단적 기후, 그리고 우주 탐사의 역사적 상징으로 인류에게 끊임없이 영감을 주고 있는 아름다운 행성이다.
12. 영화와 소설에서의 토성…인터스텔라와 스페이스 오디세이
토성은 그 독특한 고리와 아름다움으로 인해 여러 문학 작품과 영화에서 중요한 배경으로 등장해 왔다. 단순한 배경을 넘어 토성은 인류의 탐구심과 우주에 대한 경외심을 상징하는 배경으로 활용됐다.
아서 C. 클라크의 소설 《2001: 스페이스 오디세이》에서 우주선 디스커버리호는 토성으로 향하며, 토성 궤도에 위치한 모노리스를 탐사하는 임무를 수행한다.
김갑용의 첫 소설집 《토성의 겨울》에는 '소설가' 혹은 '소설 쓰기'에 대한 질문을 통해 진실의 존재 방식과 관련된 우리 시대의 증상을 탐사한다.
토성은 영화에서도 자주 등장하는 단골 행성이다. 유명한 작품은 《2001: 스페이스 오디세이》라는 스탠리 큐브릭 감독의 영화다. 아서 C. 클라크의 동명 소설을 원작으로 하며, 우주선 디스커버리호의 토성 탐사를 그렸다.
이후 크리스토퍼 놀란 감독의 《인터스텔라》라는 영화에서 인류의 미래를 배경으로, 토성 근처의 웜홀을 통해 새로운 생존 가능한 행성을 찾는 우주 탐사팀의 이야기를 그렸다. 이 영화가 토성을 대중에게 널리 알린 작품으로 각인됐다.
