4분 읽기
- 토성과 목성은 가스 위성, 많은 위성을 갖고 있다
- 토성 주위에서 128개의 새로운 위성 추가 발견. 국제천문연맹(IAU)에서 공식적으로 인정
- 새롭게 발견된 토성 위성은 모두 불규칙 위성,다수는 토성의 회전 방향과 반대 방향 역행
- 충돌이 지난 1억 년 안에 일어났을 것으로 의심. 즉, 천문학적 관점에서 비교적 최근

토성: 천문학자들이 128개의 위성을 더 발견
새로운 발견으로 고리 행성이 가장 달이 풍부한 행성으로 떠올랐다.

천문학자들은 토성 주위에서 128개의 위성을 더 발견했다. 현재 토성은 최소한 274개의 위성을 가지고 있다. 따라서 고리 모양의 행성은 "경쟁자" 목성에 비해 훨씬 더 큰 우위를 점하고 있으며, 우리 태양계에서 가장 많은 위성을 가진 행성이 되었다. 새로 발견된 위성 대부분은 불규칙하고 다소 작은 덩어리로, 아마도 이전에 컸던 위성의 충돌과 파괴를 통해 형성되었을 것이다. 

▲ 천문학자들은 토성의 위성을 128개 더 발견했다. © NASA/GSFC

두 개의 가스 행성인 목성과 토성은 우리 태양계에서 가장 큰 행성일 뿐만 아니라, 그 주변에 가장 광범위한 위성 "신하들"을 보유하고 있다. 천문학자들은 점차적으로 작은 위성을 발견하고 있다. 최근 몇 년 동안 목성과 토성은 가장 많은 위성을 가진 행성의 자리를 번갈아가며 차지했다. 2022년에 토성이 목성을 앞질렀고, 2023년 초에는 목성이 다시 1위로 돌아섰다. 2023년 5월부터 토성이 다시 선두를 달리고 있다.

중첩된 이미지로 위성이 드러나

이제 고리 모양의 행성인 토성의 달 동료들이 다시 성장했다. 대만 중앙연구원의 에드워드 애쉬톤(Edward Ashton)이 이끄는 천문학자들은 연구를 위해 다른 토성 위성을 특별히 찾았는데, 이미 잠재적 후보로 확인된 것들이었다. "우리는 이것이 추가적인 위성일 수 있다는 의심과 그곳에서 발견되기를 기다리는 더 많은 토성 위성이 있을 것이라는 의심 때문에 2023년 3개월 동안 이 지역의 하늘을 반복적으로 관찰했다"고 애쉬톤은 설명했다.

천문학자들은 마우나 케아(Mauna Kea)에 있는 캐나다, 프랑스, ​​하와이 망원경(CFHT)을 탐색에 사용했고, 지난번 토성 위성 발견에서 성공을 거두었던 것과 동일한 기술을 사용했다. 그들이 찾고 있던 위성은 다소 작고 희미했기 때문에, 그들은 3시간 동안 찍은 44장의 사진을 결합해 디지털 방식으로 쌓았다. 이를 통해 달에서 나오는 희미한 빛점이 더욱 뚜렷해졌고, 이를 통해 3개월 동안 달의 움직임을 추적할 수 있었다. 이것만이 이들이 토성의 달이라는 사실을 증명한다.

▲ 토성의 위성 대부분은 불규칙하며 편심궤도, 즉 기울기가 다른 궤도로 공전한다. © The Singing Badger/ CC-by-sa 3.0

토성의 불규칙한 위성 128개

검색은 성공적이었다. 애쉬톤은 "토성 주위에서 128개의 새로운 위성을 발견했다"고 보고했다. 토성의 이 위성들은 이미 국제천문연맹(IAU)에서 공식적으로 인정을 받았다. 고리 모양의 행성은 현재 274개의 달 위성을 가지고 있으며, 92개의 알려진 위성을 가지고 있는 라이벌 목성보다 엄청나게 앞서 있다. 애쉬톤은 "우리의 추정에 따르면 목성은 결코 따라잡을 수 없을 것 같다"고 말했다.

새롭게 발견된 토성의 위성은 모두 소위 불규칙 위성에 속한다. 토성의 24개 위성과는 달리, 이들은 고리 모양의 행성을 원형의 평평한 궤도로 공전하지 않는다. 그 대신, 그들은 일반적으로 행성 평면을 향해 기울어진 넓은 타원형 궤도를 따른다. 이러한 불규칙 위성 중 다수는 토성의 회전 방향과 반대 방향으로 역행한다.

어떻게 미니 문(moon)이 형성됐나?

브리티시 컬럼비아 대학교의 공동 저자인 브렛 글래드먼은 "새로운 달은 크기가 불과 몇 킬로미터에 불과하고 원래 토성이 포획한 더 큰 달 중 일부의 조각일 가능성이 높다"고 설명했다. "이 원래의 위성들은 토성의 다른 위성이나 지나가는 혜성과 충돌하면서 부서졌다." 이 시나리오를 뒷받침하는 증거는 궤도 경사각, 운동 방향, 토성으로부터의 거리가 유사한 여러 "족"으로 불규칙한 위성이 놀랍게도 그룹화되어 있다는 것이다.

천문학자들의 보고에 따르면, 토성의 128개의 새로운 위성은 대부분 노르딕 그룹의 불규칙 위성에 속한다. 그중 59개는 역행하는 고리 모양의 행성을 공전하며 궤도 경사각은 160~170도이다. 따라서 대부분은 문딜파리 하위 그룹에 속한다. 여기에는 토성의 동명의 위성인 문딜파리와의 충돌로 인해 생성된 것으로 추정되는 천체들이 포함된다.

▲ 토성의 불규칙 위성의 다양한 그룹과 하위 그룹 중에서 새로 발견된 위성의 분포. © Ashton et al./ Research Notes of the AAS, CC-by 4.0

외행성 주위에는 더 많은 위성이 있는가?

애쉬튼은 "저희의 다년간의 관측 캠페인은 토성의 불규칙 위성의 진화에 대해 더 많은 것을 알려줄 수 있는 새로운 달의 보물 창고를 만들어냈다"고 말했다. 예를 들어, 그와 그의 팀은 Mundilfari 하위 그룹을 만들어낸 충돌이 지난 1억 년 안에 일어났을 것으로 의심한다. 즉, 천문학적 관점에서 보면 비교적 최근이라는 뜻이다.

그 다음에는 무슨 일이 일어날까? 두 가스 행성 주변에서 추가적인 달 발견이 있을 것으로 기대할 수 있을까? 애쉬튼은 "현재 기술로는 더 발전할 수 없을 것 같다"고 말했다. 그의 의견에 따르면, 현재 망원경으로 감지할 수 있는 토성, 천왕성, 해왕성 주변의 모든 위성은 이미 발견되었을 가능성이 있다. 하지만 천문학은 항상 놀라움을 안겨주는 것으로 알려져 있다. (Research Notes of the AAS, 2025)
출처:University of British Columbia

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]