침입도계가 가장 먼저 표면에 닿았다. 호이겐스 착륙선의 바닥에 달린 이 막대 모양의 탐사선은 토성 최대의 위성인 타이탄 표면에 놓인 얼음덩어리 바윗돌을 세게 튕겨내며 부드럽고 진흙같은 물질을 5인치 정도 투과하면서 착륙했다. 지구로부터 이 광경을 지켜보던 과학자들은 예상치도 못했던 카시니의 착륙에 뛸 듯이 기뻐하면서도 한편 의아해했다. 만약 자신들이 추측한 대로 타이탄이 초기 지구와 같다면 표면을 덮고 있을 바다는 어디 있는 것일까? 지구의 물에 비유되던 메탄 비도 눈에 뜨지 않았다. 그런데 모래 늪에 빠진 듯 탐사선이 흙속으로 빠져들기 시작하면서 갑자기 첫 번째 단서가 나타났다.
첫1년간 34개 위성조사 마무리
호이겐스의 타이탄 착륙과 이 미지의 세계에 대한 탐사는 카시니-호이겐스 미션의 최대 성공작으로, 이미 첫 1년간의 토성과 34개 위성 조사를 거의 끝마친 상태이다. 하지만 이같은 놀라운 성과는 이례적인 일이 아니라 당연한 것이다. 항해 도중 카시니 우주선은 한 위성을 뒤덮고 있는 히말라야보다 높은 대기층과 타이탄에 잠시 존재했던 메탄 강의 증거를 발견했다. 하지만 카시니는 밝혀낸 비밀보다 훨씬 더 많은 의문점들을 과학자들에게 제기했다.
일례로 유럽우주국에서 제작되어 NASA의 훨씬 큰 카시니에 탑재되어 토성까지 운송된 착륙선 호이겐스가 착륙에 성공하리라고 어느 누구도 확신하지 못했다. 타이탄의 두텁고 질소로 가득 찬 대기는 불투명해서 레이더와 적외선 밖에는 투과할 수 없기 때문이었다. 타이탄은 천연가스의 주성분인 메탄으로 뒤덮여 있기도 하다. 과학자들은 타이탄의 메탄이 지구에서의 물과 같은 역할을 해 구름을 형성해 비를 내리게 하고, 강과 호수, 바다를 이루어 증발시킨 뒤 더 많은 구름을 생성한다고 믿고 있다. 대기내의 메탄 농도가 너무 높아 많은 과학자들이 타이탄 표면에 엄청 큰 바다가 뒤덮고 있으리라고 예측했다. 비록 호이겐스가 처음에 보내온 타이탄의 영상을 보면 어두운 강들이 바다로 흘러들어가는 것처럼 보였지만 타이탄의 표면 영상에서는 이 “바다”가 메마른 사막처럼 바싹 메마른 채 가끔 얼음덩이만 나뒹구는 것으로 드러났다. 하지만 이 탐사선이 가라앉기 시작하자 과학자들은 타이탄의 표면이 늪지와 같아 토양 속에 메탄이 풍부하게 흡수되어 있음을 알게 되었다. 호이겐스의 배터리가 우주선 밑의 액체 메탄 일부가 끓어오르게 한 것이다.
사라져 버린 메탄의 수수께끼
하지만 표면에 흡수된 메탄만으로는 타이탄의 표면에 수백만년 동안 쏟아져 내린 메탄 비를 설명할 수가 없다. 나머지 메탄은 어디로 간 것일까? “아마 이게 가장 큰 수수께끼일 겁니다”라고 카시니 미션의 프로젝트 부책임자인 과학자 린다 스필커가 말한다. 아마 타이탄 표면의 메탄은 늘 일정하지는 않은 것 같다고 그녀는 추측한다. 무언가가 나머지 메탄을 대기중으로 뿜어올리고 있는 지도 모른다.
카시니는 직접 발견한 토성의 다른 위성 4개에 관해서도 놀라운 사실들을 알아냈다. 얼어붙은 이아페터스의 영상을 보면 이 위성은 태양계에서 가장 밝고 어두운 물질들로 이루어졌음을 알 수 있다. 밝은 지역은 반사율이 극히 높은 동결수이지만 스필커의 묘사대로 “제록스 토너처럼 어두운” 부위에는 무엇이 덮고 있는지 과학자들도 모른다. 특히 이 위성에서 가장 이상한 것은 이 달을 둘로 나누고 잇는 얇고 날카로운 산마루이다. 이 “복띠”는 이 달의 어두운 평지로부터 거의 12마일 높이까지 치솟아 있고, 적도를 따라 500마일까지 뻗쳐 있다. 만약 이아페터스가 지구 크기만하다면 이 산마루의 높이는 110마일에 달해 어떤 비행기도 넘지 못한다.
또다른 얼음 위성인 엔셀라더스를 3월에 근접비행한 결과 지구의 달 직경의 1/4도 채 안되어 대기를 잡아둘 인력이 없는데도 불구하고 이상하게 엷은 대기권이 있음이 밝혀졌다. 과학자들은 엔셀라더스의 대기가 조금씩 사라지지만 계속해서 얼음화산이나 간헐천에 의해 다시 채워진다고 추정한다.
카시니는 토성의 위성들을 정밀조사하면서 계절변화를 관찰하고, 각 위성의 극지방 높은 곳에서 띠의 변화를 파악할 것이다. 만약 이 우주선이 잘 버텨주면 탐사 임무가 2010년 이후까지 연장될 수도 있다. 그때까지 최신 정보를 saturn.jpl .nasa.gov에서 확인할 수 있다.
카시니와 피기백형 탐사선 호이겐스
카시니 우주선은 호이겐스 착륙선을 싣고 7년간 20억 마일을 항해해 카시니가 4년간의 목성 탐사를 시작한 지 6개월만인 작년 12월 토성에 도달해 폭스바겐 자동차 크기의 탐사선 호이겐스를 발사체에 실어 토성 최대의 위성인 타이탄으로 보냈다. 21일 후 타이탄의 대기권으로 들어간 호이겐스는 카시니를 통해 사진과 데이터를 지구로 전송했다.
폭풍과 파도
목성은 수백년간 천문학자들을 사로잡아왔지만 근접 사진을 보니 전혀 새로워 보인다.
순수의 절정
가시광선으로 본 목성 띠의 푸른 부분은 얼어붙은 물이고, 붉은 곳은 텅빈 공간이다. 과학자들은 이 얼음들이 운석을 통과하면서도 어떻게 99퍼센트의 순도를 유지하는지 설명하지 못하고 있다.
용 모양 폭풍
과학자들은 몇 달마다 솟아올랐다가 사그라지는 이 폭풍 때문에 강력한 무선파를 방출할 수 있는 전기 교란이 발생한다고 생각한다.
스모킹 건
위성 팬이 토성 둘레를 돌 때 중력 때문에 토성의 띠에 파동이 발생한다. 이 이미지는 이런 효과를 최초로 확인해 준 것으로 왼쪽에서 관찰된 모습이다.
그림자 행성
이 사진의 토성은 띠에 의해 드리운 그림자 속에 놓인 모습이다. 띠가 좁아 적색광만을 흡수하는 부위에는 푸른 줄무늬가 나타난다. 미노스 위성이 오른쪽에 떠 있다.
타이탄까지 10분
어떻게 습한 달이 하강해서 착륙하는 사이에 말라버릴 수 있을까?
▲ 상공에서 본 모습
하강하는 동안 호이겐스가 촬영한 타이탄 표면 레이더 모자이크 사진. 어두운 부분은 바다로 흘러들어가는 강인 것 같고, 그림 하단의 밝은 물체는 암모니아 구름이다. 이 사진을 보면 타이탄 표면에 액체 메탄이 흐르는 게 확실해 보인다.
▲ 타이탄 표면에 착륙
그런데 일단 호이겐스가 착륙하자 어디에도 액체 메탄은 보이지 않는다. 대신 얼음덩이들만 보인다. 과학자들은 이 얼음이 “얼음 화산 분출시” 간헐천이 초저온의 대기로 물을 뿜어내면서 형성된 것으로 추측했다. 사라진 메탄을 찾아내는 과제가 아직 남아있다.
▲ 다이오네와 폭풍
이 트루칼라 사진은 토성을 뒤로 하고 있는 위성 다이오네의 모습이다. 자세히 보면 토성 대기에 타원형 폭풍들이 보인다.
▲ 음양 달
이아페터스는 태양계에서 가장 오래된 물체에 속한다. 얼음으로 된 이 달의 흰 표면을 옆 사진의 윗부분에서 볼 수 있는데, 수많은 분화구들로 둘러싸여 있다. 하지만 이 달의 반구는 과학자들이 식별하지 못하는 다공성 암흑 물질로 뒤덮여 있다. 이런 현상이 달의 한쪽에서만 발생하는 걸 보면 이 물질은 아마도 우주의 다른 곳으로부터 와 쌓인 것 같은데, 무엇에 의해 운반됐는지는 모른다. 거대한 산마루가 달을 둘러싸 마치 커다란 호두처럼 보인다.
▲ 분화구가 없는 지각
25년 전 보이저호가 엔셀라더스를 스쳐 비행했을 때 이 달에 분화구가 거의 없어 과학자들은 이 달의 표면에 별 특징이 없다고 생각했다. 하지만 카시니가 근접 촬영한 결과 표면에 서로 얽힌 균열들이 있음이 밝혀졌다. 이 단층들은 표면이 화산이나 간헐천 같은 지각의 힘에 의해 형성되었음을 보여준다. 이 화산이나 간헐천 때문에 이 작은 달에 대기가 존재하고 토성의 E 띠가 생성되었을 수도 있다.
▲ 띠 도둑
작은 프로메테우스는 종종 토성의 여러 겹으로 된 F 띠에 가깝게 지나면서 이곳의 차가운 물질들 중 일부를 빼앗아가 띠에 틈이나 뒤틀림이 발생하게 한다. 이 사진의 꼭대기 부위에 프로메테우스가 최근에 지나간 흔적이 보인다.
▲ 길잃은 혜성
카시니는 토성의 가장 먼 위성인 포에베를 작년 6월에 처음으로 지나갔다. 과학자들은 포에베가 수백만년 전 토성의 중력에 끌려들어 온 혜성이기 때문에 다른 달들과 정반대 방향으로 회전하는 이상한 궤도를 갖게 되었을 거라고 생각한다.
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