토성은 매우 큰 고리를 가지고 있는 것으로 유명하죠. 이 토성의 고리는 구성하는 물질은 행성 중력에 의해 유지되고 있습니다. 그러나 1980년대 관측 이후로, 고리에 있는 얼음 입자들이 토성의 대기로 쏟아지면서 천천히 줄어들고 있는 것을 발견했습니다. 매일 1개의 올림픽 수영장에 해당하는 물이 토성의 대기로 쏟아지는데, 이는 상당히 놀라운 양이죠.
그러나 토성의 고리가 얼마나 빠르게 줄어들고 있는지, 그리고 언제 완전히 사라질지는 아직 알려진 바가 없었습니다. 하지만 최근에 NASA의 제임스 웹 우주 망원경(JWST)이 이러한 현상을 조사할 예정입니다. 이 망원경은 이전에 우주 초기의 먼 은하들을 관측하는 데 사용되었지만, 이제는 우리 곁에 있는 현상도 연구할 수 있게 되었습니다.
토성의 고리가 언제 완전히 사라질지 정확히 알아내기 위해 노력하는 일본항공우주연구개발기구(JAXA)의 행성 과학자인 제임스 오도노휴(James O'Donoghue)는 "아직 얼마나 빠르게 고리가 줄어들고 있는지 정확히 알 수 없습니다. 현재 연구 결과에 따르면 토성의 고리가 존재하는 시간은 앞으로 수 억 년 정도 밖에 남지 않을 것으로 예상됩니다."라고 말하고 있습니다.
과학자들은 이 연구에서 흥미로운 데이터를 기대하고 있습니다. 이전 연구에서는 거대한 양의 물질이 지속적으로 토성에 떨어지고 있다는 것을 보여줬습니다. 예를 들어, 2017년 사토르니 우주선의 캐시니는 행해진 임무 도중 22번이나 토성과 링 사이의 갭을 통과했고, 이 과정에서 매초 400kg에서 2800kg의 얼음 비가 지구상으로 떨어지는 것이 관측되었습니다. 이 비가 상층대기를 가열시켜 주는 것으로 밝혀졌습니다.
사토르니 우주선의 측정결과에 따르면 토성의 고리가 약 3억년 후에 사라질 것으로 예상됩니다. 이는 우주 시간으로는 상대적으로 빠른 시간인데요. 그러나 아직 정확한 측정결과를 모르기때문에, 토성의 고리가 사라지기까지 걸리는 시간은 1억년에서 11억년까지 다양하게 예상되고 있습니다.
오도노휴는 "현재 우리는 매우 넓은 범위의 추정치만 가지고 있습니다. 이번 관측을 통해 이 비율을 좀 더 좁혀보고자 합니다"라고 밝혔습니다.
토성은 태양 주위를 29.5년 주기로 돌면서 고리도 함께 회전합니다. 이러한 회전으로 인해 고리의 기울기가 변화하면서 토성의 대기와 상호작용하게 됩니다. 이는 반지 내부의 얼음 조각들이 얼마나 태양 복사선에 영향을 받는지를 결정하며, 토성으로 떨어지는 물질의 양도 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 현재 연구결과에서는 소행성들과 태양의 복사선이 토성 고리의 입자들을 약간 교란시키고 전하를 부여한다고 합니다. 이 때 입자들은 가스 행성의 자기장선에 묶이게 됩니다. 이어서 토성의 중력이 이 입자들을 끌어들이게 되는데, 자기장선을 따라 유도되어 일정한 속도로 상층대기로 향하게 됩니다.
토성의 고리의 변화를 측정하기위해 연구팀은 새로운 방법을 사용한다고 하는데요. 이를 위해 토성의 상층 대기에서 특정 수소 분자의 방출량을 측정하여, 얼마나 많은 토성 고리의 물질이 토성으로 떨어지는지 추정할 계획입니다. 이러한 수소 분자의 방출량은 고리에서 떨어지는 물질의 양이 적을 때 증가하고, 많을 때는 감소한다고 합니다.
이를 위해 이 연구팀은 JWST와 하와이의 케크 천문대에서 측정을 진행할 예정입니다. 이전에도 이를 위해 케크 천문대에서 측정을 해왔지만, 이번에는 업그레이드된 장비와 함께 JWST를 이용하여 더욱 정확한 추정이 가능해질 것입니다.
하지만 토성의 고리에 대한 연구는 이번 연구로 끝나지 않습니다. 이들은 고리의 탄생 시기와 방법에 대한 수십 년간의 논쟁을 지금도 계속하고 있습니다. 이전에는 반지가 태양계가 형성되었을 때부터 이미 존재하였다는 가설이 있었지만, 카시니 탐사선의 자료 분석 결과, 반지의 나이는 단지 1천만에서 1억 년 정도라는 새로운 가설이 제시되었습니다.
토성에 대한 연구를 통하여 우주에서 발생하는 다양한 현상과 우주의 진화에 대한 이해도가 높아질 전망이라고 합니다. 또한 토성 고리의 구성 성분을 분석하면 토성의 탄생 과정에 대한 정보를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 탄생 과정이 다른 행성에서도 어떻게 일어날 수 있는지에 대한 이해도를 높일 수 있습니다.
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