과학자들은 지진파를 이용해 토성의 내부 구조를 알아냈습니다.

 

 

※ 본 내용은 유튜브 채널 '책밖과학'에서 제공하며, 타 블로그 및 유튜브 채널에서의 사용을 절대 금지합니다.

 

목성이나 토성과 같은 가스 행성의 중심에는 무엇이 있을까요?

 

지구처럼 단단한 핵이 있을까요? 아니면 액체형태? 혹은 기체? 

 

이러한 의문은 오래전부터 많은 과학자들의 머리를 아프게 했던 질문이었습니다.

 

그만큼 목성이나 토성과 같은 가스 행성의 내부 구조는 이해하기가 정말 어렵다고 할 수 있죠.

 

하지만 어쩌면 토성은 가능할 지도 모릅니다.

 

토성은 다른 가스 행성들과는 다르게 아주 거대한 고리를 가지고 있기 때문입니다.

 

 

 

많은 사람들이 토성을 보면서 한번쯤 이런 생각을 해봤을 겁니다.

 

"토성의 안으로 들어가면 어떻게 될까?" "토성에도 땅이 있을까?" 라고 말이죠.

 

토성은 주로 수소와 헬륨과 같은 두꺼운 가스 층으로 덮여 있습니다.

 

그리고 토성의 가스는 토성의 표면에 아주 독특한 줄무늬를 만들어내고 있습니다.

 

 

이렇게 토성을 가득 채우고 있는 가스는 토성의 내부를 아주 강한 압력으로 짓누르고 있는데요.

 

그래서 토성의 안쪽에 있는 수소는 강한 압력에 의해 액체의 형태로 존재하고 있을 가능성이 높습니다.

 

또한 토성의 안쪽으로 더 내려가면, 토성의 압력은 기하급수적으로 높아져 수소는 결국 액체 금속 상태로 변하게 됩니다.

 

그리고 여기서 더 깊이 들어가면 드디어 토성의 단단한 핵이 그 모습을 드러내게 되죠.

 

토성의 핵은 토성을 이루고 있는 모든 내부 구조 중에서 유일하게 단단한 구조라고 할 수 있습니다.

 

그래서 토성의 핵은 마치 토성의 숨겨져 있던 땅같은 느낌을 주기도 합니다.

 

 

그런데 여기서 궁금한 점이 하나 생기게 되는데요. 토성의 핵은 정말로 단단하긴 한걸까요?

그동안 과학자들은 토성의 핵이 암석과 얼음으로 이루어져 있는 단단한 덩어리라고 생각해 왔었습니다.

 

위의 이미지를 보면 알 수 있듯이, 토성의 핵은 얼음과 바위로 이루어져 있을 것이라고 그동안 믿어왔었죠.

(Icy/rocky core)

 

그런데 며칠 전에 과학자들은 토성의 핵은 단단하지 않고 반대로 물렁물렁 하다는 아주 놀라운 내용을 발표했습니다.

 

보통 행성의 내부 구조를 확인하려면 행성의 내부에서 나오는 지진파를 이용해야 됩니다.

 

그런데 토성은 가스 행성이라서 지표면을 전혀 가지고 있지 않습니다. 즉, 지진이 일어날 수가 없는 구조라는 거죠.

 

도대체 과학자들은 어떻게 토성의 내부 구조를 알아낼 수 있었다는 걸까요?

 

과학자들이 토성의 내부 구조를 알아낼 수 있었던 방법은, 아주 놀랍게도 "지진파"였습니다.

 

토성의 내부 고리를 흔드는 중력장

 

바로 토성을 감싸고 있는 방대한 크기의 고리를 이용했던 건데요.

 

토성 탐사선 카시니 호는 13년 동안 토성을 탐사하면서 토성의 고리에 대한 데이터도 많이 수집했습니다.

 

과학자들은 이 데이터를 분석해서, 토성의 고리가 계속 진동하고 있다는 사실을 새롭게 알아낼 수 있었습니다.

 

특히 토성에서 가장 가까운 안쪽 고리인 C 고리(C ring)가 가장 많이 진동하고 있었죠.

 

이러한 고리의 진동에는 여러가지 이유가 있을 수 있겠지만, 과학자들은 토성의 중력장의 변동에 의해 이 진동이 발생되고 있다고 결론 내렸습니다.

 

사실 토성의 표면은 크지는 않지만 약한 진동이 끊임없는 발생되고 있는데요.

 

토성의 표면은 마치 천천히 퍼져나가는 호수의 물결처럼, 1시간~2시간을 기준으로 1미터씩 움직이고 있습니다.

 

이러한 토성의 진동이 토성의 안쪽 고리에 있는 입자들을 계속 흔들어대고 있었던 겁니다.

 

토성의 핵은 걸죽한 액체의 형태였다!

 

그리고 과학자들은 고리에서 나오고 있는 진동을 지진계를 이용해 분석하기 시작했습니다.

 

그 결과, 토성의 안쪽 고리에서 측정된 중력장은 아주 낮은 특정 주파수로 진동하고 있었는데요.

 

이는 토성의 내부 구조가 아주 안정되어 있다는 것을 의미하고 있었습니다.

 

또한 과학자들은 토성의 핵이 단단한 암석으로 이루어진 구체가 아니라는 사실도 새롭게 알아낼 수 있었습니다.

 

사실 토성의 핵은 얼음과 암석 그리고 액체 금속이 뒤섞여 있는 스프와 같은 형태를 하고 있었죠.

 

이렇게 토성의 핵은 스프처럼 아주 부드러워서 크기도 자주 변하고 있었는데요.

 

토성의 핵이 가장 커질 때는 토성 지름의 무려 60%까지 커지기도 했었습니다.

 

이렇게 커진 토성의 핵은 지구 질량의 약 55배에 달했으며, 핵에 포함된 얼음과 암석의 질량만 계산해도 지구 질량의 약 17배나 되는 것으로 계산되었죠.

 

지구의 핵이 지구 전체 크기의 약 20% 정도임을 감안하면, 토성의 핵이 얼마나 거대한지 느낄 수 있을 겁니다.

 

 

 

이번의 연구 결과는, 토성의 내부 구조 뿐만 아니라 가스 행성의 형성에 대한 비밀도 풀어줄 수 있을 것으로 기대가 되고 있는데요.

 

지금까지 가스 행성은, 거대한 암석 덩어리가 가스를 끌어당기면서 만들어지는 것이라고 생각되어 왔었습니다.

(코어 강착, core accretion)

 

하지만 이제 가스 행성은, 아주 작은 암석 조각들이 대량의 가스와 천천히 섞이면서 만들어졌을 가능성이 더 높아지게 되었습니다.(자갈 강착, pebble accretion)

 

토성은 우리가 생각했던 것 보다 훨씬 더 놀라운 행성이었습니다.

 

그리고 오늘 우리가 알게된 사실은, 토성이 가지고 있는 비밀 중 아주 일부에 불과할 뿐입니다.

 

https://youtu.be/qSDX6vwUaB4?si=VFFMN9BhsZtaCKlH

 

 

 

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