+ 토성 위성 타이탄에 ‘얼음 모래 언덕’ 있다? / 블랙홀, 별 삼킨 뒤 내뿜는 방사선 달라…이유는?

 

 

 

[아하! 우주]

토성 위성 타이탄에 ‘얼음 모래 언덕’ 있다?

입력 : 2018.05.31 09:28

▲ 카시니 관측 결과를 토대로 재구성한 타이탄의 사구 형성 과정.

1. 대기 중에서 톨린 형성 2. 탄화수소 구름 형성 3. 탄화수소의 눈과 비

4. 액체 탄화수소에 의해 톨린 등으로 구성된 입자가 하류로 내려감.

5. 바람에 입자가 날려 사구 지형 형성

지구의 사막에는 끊임없이 펼쳐진 모래 언덕 혹은 사구(sand dune) 지형이 존재한다. 바람에 의해 날려온 모래가 언덕을 만드는 것으로 사실 지구 이외의 행성에서도 볼 수 있다. 화성의 사막에도 다양한 형태의 사구 지형을 볼 수 있기 때문이다. 그런데 놀랍게도 태양계의 위성 가운데도 사구 지형이 관찰된 위성이 있다. 바로 토성의 위성 타이탄이다.

타이탄은 토성의 가장 큰 위성으로 태양계 위성 가운데는 유일하게 두꺼운 대기를 지니고 있다. 대기의 구성 성분은 독특하게도 메탄이나 이보다 더 복잡한 탄화수소 분자로 이로 인해 대기가 짙은 노란색 안개처럼 보인다. 그리고 태양계에서 유일하게 탄화수소가 응결되어 비와 눈으로 내린다. 액화 천연가스(LNG)가 비로 내리는 것과 마찬가지다. 이로 인해 타이탄에는 거대한 호수와 강이 존재한다.

과학자들은 이 과정을 상세히 관측하기 위해 카시니 탐사선에 여러 가지 탐사 장비를 탑재했다. 타이탄의 대기가 안개처럼 관측을 가로막고 있어 일반적인 카메라로는 표면 관측이 어렵기 때문이다. 하지만 구름을 투과하는 레이더와 다양한 파장에서 정보를 수집하는 VIMS 장치의 도움으로 타이탄의 복잡한 지형과 기상 현상에 대한 데이터를 수집할 수 있었다. 흥미로운 사실은 타이탄의 극지방에는 거대한 강과 호수가 있는 반면 적도 지역에는 거대한 사구 지형과 산맥, 평원 지형이 존재한다는 사실이다. 독일 행성 과학 연구소의 과학자들은 카시니 데이터를 분석해서 이 사구 지형의 생성 원인을 밝혀냈다.

연구팀에 따르면 타이탄의 사구 지형의 면적은 생각보다 커서 지구의 나미브 사막과 비슷한 크기인 300만㎢에 달한다. 이 지형이 생성된 이유는 지구와 유사하다. 일단 탄화수소의 구름이 적도 부근에 있는 산맥과 고산지대를 지나면서 눈과 비를 뿌린다. 물론 물이 아니라 메탄이나 더 복잡한 탄화수소 분자로 된 것인데, 이 가운데 타이탄의 대기에 풍부한 노란색의 탄화수소 분자인 톨린(tholine)이 얼어서 눈과 비슷한 입자를 형성한다.

톨린 얼음 입자는 메탄의 비에 씻겨 저지대 평원으로 이동하는 데 메탄이 증발하고 난 후에도 녹는 점이 높아 그대로 남게 된다. 톨린과 기타 물질로 형성된 얼음 입자는 타이탄의 낮은 기온에서는 마치 모래 입자와 비슷한 성질을 지닌다. 그래서 바람에 날려 얼음으로 된 모래 언덕을 형성하는 것이다.

흥미로운 사실은 VIMS 데이터 분석 결과 과거 생각과는 달리 이 입자에 물의 얼음도 포함되어 있다는 사실이다. 과학자들은 타이탄 자체는 물의 얼음이 풍부해도 표면에는 거의 없으리라 추정했다.

하지만 이번 관측 결과 소량이라도 얼음 상태의 물이 존재할 수 있음이 밝혀졌다. 이는 앞으로 태양계 탐사와 먼 미래 인류의 태양계 유인 임무에서 흥미로운 목표가 될 것으로 보인다.

사실 타이탄에서 가장 흥미로운 연구 목표는 탄화수소로 된 거대한 강과 호수다. 일부 과학자들은 어쩌면 이 호수에 원시적인 형태의 생명체가 탄생했을지도 모른다고 생각한다. 메탄이 액체가 될 정도로 기온이 낮지만, 생명체의 핵심 구성 성분인 탄화수소가 풍부하기 때문이다. 따라서 현재 타이탄에 보낼 잠수함에 대한 연구가 진행 중이다. 과학적 중요성은 태양계 유일의 탄화수소 호수가 먼저겠지만, 산과 평원, 얼음 사막이라는 이색적인 지형이 존재하는 적도 지역을 탐사할 로버 역시 앞으로 흥미로운 과학적 주제다.

[출처: 서울신문 나우뉴스] 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

http://nownews.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20180531601003§ion=&type=daily&page=

[아하! 우주]

블랙홀, 별 삼킨 뒤 내뿜는 방사선 달라…이유는?

입력 : 2018.05.30

▲ 블랙홀, 별 삼킨 뒤 내뿜는 방사선 달라…이유는?

여러 은하 중심에는 저마다 거대질량 블랙홀이 존재한다. 이런 블랙홀은 평소 잠을 자듯 가만히 있지만, 별이 옆을 지나치게 되면 본격적인 '사냥'을 시작한다. 그런데 블랙홀의 강력한 중력에 붙잡힌 별은 가까운 곳과 먼 곳에 작용하는 중력의 크기가 달라 마치 면가락을 뽑는 것처럼 가늘고 길게 늘어난다. 그러면 블랙홀이 이를 마치 국수 먹듯 호로록 삼키는 것이다.

우주에서 가장 폭력적인 사건 중 하나로 이른바 ‘조석파괴사건’(TDE·tidal disruption event)으로 불리는 이 현상을 이론 천체물리학자들은 새롭게 조명했다.

덴마크 코펜하겐대 산하 닐스보어연구소와 미국 캘리포니아대 산타크루스캠퍼스 공동 연구진은 빠르게 성장하고 있는 블랙홀 연구 분야에 새로운 이론적 관점을 제시했다.

연구에 공동저자로 참여한 코펜하겐대의 엔리코 라미레스-루이스 교수는 “지난 10여 년 동안 우리는 TDE를 다른 은하계 현상과 구별해낼 수 있었고 새로운 이번 모델은 이런 사건(TDE)을 이해하는 기본적인 틀을 제공할 것”이라고 말했다.

대다수 은하 중심에 있는 블랙홀은 소강상태라서 별의 잔해와 같은 물질을 적극적으로 삼키지 않아 빛을 내뿜지 않는다. 블랙홀이 별을 삼키는 조석파괴사건은 일반적인 은하에서 1만 년에 1번 발생할 정도로 드문 현상이기 때문이다.

하지만 운 나쁜 별 하나가 블랙홀에 너무 가까이 접근하면 갈가리 찢기고 만다. 그러면 블랙홀은 한동안 별의 잔해를 먹다가 과식해 강력한 방사선을 내뿜는 것이다.

연구를 이끈 코펜하겐대의 제인 리신 다이 조교수는 “이런 극한 상황에서 (별의) 물질이 블랙홀로 어떻게 들어가는지 관측하는 것은 흥미로운 일이다”면서 “블랙홀은 별의 가스를 삼키며 엄청난 양의 방사선을 방출한다”고 말했다.

또 “그 방사선은 우리가 관측할 수 있는 것으로 이를 이용해 우리는 물리학을 이해하고 블랙홀의 특성을 계산할 수 있다”면서 “이는 조석파괴사건을 찾아나서는 것을 매우 흥미롭게 한다”고 말했다.

지금까지 관측된 약 20건의 조석파괴사건에서는 모두 똑같은 물리학적인 현상이 일어난 것으로 예상되지만, 이들 사건의 관측에서 나타난 특성은 크게 달랐다. 어떤 사건은 대부분 X선을 방출하지만, 또 다른 사건은 대부분 가시광선과 자외선을 방출했다.

과학자들은 이런 다양성을 이해하기 위해 고심하고 있으며 퍼즐 조각 같은 차이점을 일관성 있게 수집하고 있다.

연구진은 일반 상대성 이론과 자기장, 방사선, 가스 유체역학 등의 요소를 결합해 새로운 모델을 만들었고 블랙홀이 별을 먹을 때 방출하는 방사선에 차이가 생기는 이유를 관찰자의 시야각에 있다고 설명한다.

라미레스-루이스 교수는 “이는 마치 어떤 짐승 한 마리의 일부분을 베일로 덮어놓은 것과 같다. 어떤 각도에서 우리는 짐승의 노출된 부분을 볼 수 있지만, 또 다른 각도에서는 베일에 덮인 부분만을 볼 수 있는 것”이라면서 “이 짐승은 같지만 우리의 인식이 다른 것”이라고 말했다.

자세한 연구 결과는 ‘천체물리학저널 레터’(ApJL·Astrophysical Journal Letters) 최신호에 게재됐다.

[출처: 서울신문 나우뉴스] 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

http://nownews.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20180530601017§ion=&type=daily&page=