타이탄

타이탄

 

타이탄은 토성의 위성이다. 지구로 비유하자면 바로 우리에게 친숙한 달이다. 또한 토성의 위성 중에 가장 크며, 천문학자들은 이곳이 유일하게 두꺼운 대기를 가진 곳이며 운계 지역과 매우 유사하다고 관측했다. 또한 매우 적은 양의 산소 화합물이 발견되었으며, 생명체가 존재할 가능성이 있다고 한다.
그렇다면 타이탄을 최초로 발견한 사람은 누구일까.

 

 

발견

타이탄은 1655년에 네덜란드의 천문학자 하위헌스에 의해 발견되었다.
타이탄은 신화 속 거인의 이름을 따서 지어졌으며, 타이탄이 당시 태양계에서 가장 큰 위성으로 생각되었기 때문에 이름이 붙여졌다. 타이탄은 토성의 위성 중에 가장  크지만 타이탄의 크기는 두 번째로 큰 위성인 레아 와의 크기는 3배 이상 일정도로 차이가 많이 난다. 가장 큰 태양계 위성은 타이탄이 아니라 크기가 110km밖에 차이가 나지 않는 목성의 가니메데(Ganymede)가 110km에 불과하다. 그러나 타이탄이 두꺼운 공기에 둘러싸여 있다는 사실이 알려지지 않았던 가니메데와는 달리, 그는 타이탄이 가니메데보다 크다고 알고 있었다.

 

 

공전과 자전 궤도

타이탄은 토성의 반지름의 약 20배 속도로 15.8일에 한 번꼴로 토성을 공전하며 지구의 달처럼 토성 주위를 돈다. 타이탄도 토성의 반경보다 약 20배 정도 큰 토성의 궤도를 15~18일에 한 번씩 돌고 있으며 지구의 달처럼 토성 주위를 돌고 있다.
타이탄의 지름은 5,150 킬로미터로, 이 행성의 수성 4,879 킬로미터보다 크다. 1980년 보이저 1호가 타이탄을 방문하기 전까지는 타이탄의 지름이 가니메데보다 컸다고 생각되었다. 이렇게 생각한 이유는 타이탄의 어둡고 불투명한 대기가 지구 표면에 두껍게 형성되어 우주에서 보는 지름이 늘어났기 때문이다. 그리고 타이탄의 반지름과 질량은 목성의 위성인 가니메데와 칼 리스트와 비슷하다. 타이탄의 밀도는 타이탄의 밀도보다 높지만, 이는 지구 지각의 절반이 물로 이루어져 있고, 반은 다양한 암석 물질로 이루어져 있음을 시사한다.

 

타이탄의 내부

 

타이탄의 중심에는 지름 3,400킬로미터의 핵이 있는데, 그 위에 여러 가지 모양의 얼음 결정층이 있다. 타이탄의 내부는 여전히 뜨거울 것이기 때문에 물과 암모니아 액층이 얼음의 Ih층과 고압의 얼음층 사이에 있을 것이다. 그러한 "해양"의 존재는 최근 타이탄 대기의 초저주파수(ELF)에 대한 카시니 탐사선에 의해 밝혀졌다. 타이탄의 표면은 ELF파를 거의 반영하지 않지만, 표면 아래 액체와 얼음 사이의 경계선에 의해 극저주파가 반사되는 것으로 간주된다. 2005년 10월부터 2007년 5월 사이에 구조적으로 약 30km를 이동한 카시니의 지표 지형을 관찰한 결과, 지구의 지각은 내부 층으로부터 잘려 있음을 시사하는 것으로, 내부에 액체층이 존재한다는 또 다른 단서가 되고 있다.

 

 

타이탄의 대기

타이탄은 태양계 위성 중 유일하게 미세한 대기가 존재한다. 대기권의 존재는 19세기 초부터 예상되었으나 1944년 독일계 미국인 천문학자 카이퍼(Kuiper)가 밝혀져 알려지게 되었다.
대기는 대부분 지구와 비슷한 질소(N2)로 이루어져 있으며, 두 번째로 흔한 분자는 유성(CH4)이다. 메탄은 대기와 지표면을 순환하면서 지구의 물처럼 기체, 액체, 얼음의 상태로 모양을 바꾼다.
타이탄의 상층 대기권에서는 질소 분자와 메타인 등이 아세틸렌(C2 H2)과 프로판(C3 H8)과 시안화수소(HCN) 등 다양한 탄화수소 화합물(탄화수소)을 생성하면서 태양에서 나오는 자외선에 의해 지속적으로 분해·재조합되며, 이 물질들은 먼지와 결합해 안개 입자로 자란다. 또 증기(H2O), 일산화탄소(CO2) 이산화탄소(CO2) 등 산소 화합물의 흔적도 존재한다. 타이탄의 온도는 지구보다 훨씬 낮지만, 액체와 질소가 풍부한 대기를 가지고 있기 때문에 원시 지구와 비교할 수 있다.
지구 성층권의 온도를 가열하는 원인 중 하나가 오존(O3)에 의한 자외선 흡수라면 성층권의 안개 입자는 자외선과 가시광선을 흡수해 기온의 역전을 일으킨다. 그러나 타이탄은 지구보다 표면 중력이 낮기 때문에 대기의 구조가 지구보다 높은 고도까지 확장되어 타이탄의 크기에 비해 두꺼운 분포가 된다.
따라서 타이탄을 관찰할수록 끝의 대기를 더 오래 통과해야 하며, 빛은 대기에 의해 더 많은 흡수를 경험하게 된다.
타이탄을 자세히 보면 타이탄 행성을 둘러싸고 있는 노란 대기를 볼 수 있지만, 이것이 바로 '포그'이다."지구의 경우와 비교하면 구름과 안개의 중간 정도인데, 우리나라 봄철 황사와 비슷하다. 비록 구름만큼 불투명하지는 않지만 타이탄 대기는 지구 표면에서 약 240km의 고도에 이르는 매우 두꺼운 층으로 분포되어 있어 가시광선으로는 타이탄의 표면을 볼 수 없다.

생명체 존재의 가능성

한편 최근 타이탄에서 원시 생명체가 살고 있는 징후가 포착되었다는 것이 새롭게 주장되었다. 토성 탐사선가 수집한 자료를 분석한 결과, 수소가 타이탄의 대기에서 하강해 지표면에서 사라지는 모습이 포착됐으며 이는 원시 생명체가 타이탄의 대기를 호흡하고 표면의 물질을 섭취한 결과일 수 있다는 것이다. 타이탄에 흐르는 액체는 물이 아닌 메탄이므로 이곳 생명체는 메탄을 기반으로 살아갈 것으로 추정된다. 질소가 대기의 주성분을 이루고 유기화합물이 존재하는 타이탄은 오래전부터 과학자들 사이에서 생명체의 존재 가능성에 대해 언급되어 왔다.