카시니 탐사선이 포착한 토성 고리의 가장 상세한 모습. 색상은 무선 신호로 측정한 고리 입자의 크기를 나타낸다. / NASA, JPL

화려하고 광대하며 복잡한 고리가 없는 토성을 상상할 수 있을까. 토성의 고리는 공룡 시대보다 젊지 않고, 또 수십억 년 된 거대 행성만큼 오래됐다는 연구 결과가 나왔다. 이로써 오랫동안 논쟁 거리였던 토성 고리의 나이가 새롭게 정리되는 모양새다.

토성의 고리가 토성과 같은 45억년 전에 생겼다는 새로운 연구결과가 '네이처 지오사이언스(Nature Geoscience)' 저널에 발표됐다. 스페이스닷컴과 사이언스얼러트, 뉴사이언티스트 등 많은 언론들이 미국 현지시간 16일 보도했다. 

미국 항공우주국 NASA의 카시니(Cassini) 탐사선이 2004년 도착해 토성을 연구할 때, 고리를 구성하는 얼음 조각들이 예상보다 깨끗한 것을 발견했다. 과학자들은 이를 근거로 토성의 고리 나이는 불과 1억에서 4억 년 정도라고 주장하게 됐다.

도쿄 과학연구소의 효도 류키 박사가 주도한 이번 연구팀은 토성 고리가 왜 깨끗하게 유지되는지를 탐구했다. 기존에는 토성 고리가 젊기 때문에 깨끗하다고 생각했지만, 이번 연구에서는 미세 운석과의 충돌 때문에 얼음 조각이 기화되어 나노 입자로 변하고, 이 입자들이 토성 쪽으로 빨려 들어가거나 우주로 방출되면서 고리가 깨끗하게 유지될 수 있음을 밝혀냈다.

연구팀은 컴퓨터 모델링을 통해 미세 운석이 고리에 충돌할 때 발생하는 현상을 시뮬레이션했다. 그 결과, 미세 운석과 충돌한 얼음 조각이 거의 완전히 기화되어 잔여물이 남지 않음을 확인했다. 또한 이 과정에서 생성된 전하를 띤 입자들이 토성이나 우주 공간으로 이동하면서 고리가 깨끗하게 유지되는 메커니즘을 규명했다.

효도 류키 박사는 "토성의 고리의 나이는 매우 늙었으며 45억살에서 40억살 쯤 되었을 것으로 추정한다"고 말하면서 "태양계의 생성에 대해 연구하는 행성과학자로서 이번의 결과가 더욱 자연스럽게 느껴진다"고 말했다.  태양계의 형성 초기에는 큰 행성형 물체들이 이동하고 상호작용하는 혼란스러운 상황이었으며, 이는 토성의 고리가 형성되는 데 적합한 환경이었다고 설명한다. 그는 "태양계의 진화 역사에 비추어 볼 때, 고리는 토성이 가장 초기 시기에 가까운 시점에 형성됐을 가능성이 더 높다"고 덧붙였다.

효도 박사와 동료들이 추정한 미세 운석체 충돌로 인한 토성 고리의 어두워짐 속도가 낮은 것과 고리에서 관찰된 오염 수준을 바탕으로, 그들은 고리가 고대에 생성됐을 수 있다고 제안했다. 카시니는 토성의 고리에서 대량의 물이 토성으로 떨어지는 것을 감지하고, 이를 고리가 붕괴되는 속도로 해석됐다. 그러나 효도 연구팀은 오히려 토성의 고리가 예상보다 오래 지속될 수 있다고 전망했다.