바다를 품은 토성의 가장 작은 위성 미마스(Mimas)

토성은 많은 위성을 가지고 있습니다. 2023년 기준으로 토성은 궤도가 확인된 위성 146개를 거느리고 있습니다. 수십 미터 정도에 불과한 작은 소위성부터 행성인 수성보다도 반지름이 큰 타이탄까지 다양하게 존재합니다. 또한 토성의 고리 안에 소위성 수백만 개와, 그보다 더 작고 많은 고리 입자도 토성을 돌고 있습니다. 

천문학자들은 토성의 작은 위성 중 하나인 미마스에 대해 새로운 사실을 발견했습니다. 얼음 표면 아래에 바다를 숨기고 있다는 사실입니다. 생명체에게 필수적인 물을 가진 행성을 찾는 것은 넓은 우주 공간에서 우리가 거주할 수 있는 세계를 발견할 수 있을지에 대한 핵심입니다. 

미마스의 발견

 

미마스는 1789년 영국 천문학자 윌리엄 허셜에 의해 토성 근처의 작은 점으로 발견되었습니다. 1980년 보이저 탐사선은 처음으로 우주에서 미마스의 영상이 그렸습니다. 가장 큰 것은 지름이 80마일(약 130km) 정도입니다. 분화구는 미마스의 표면을 덮고 있습니다. 과학자들은 NASA의 카시니 임무는 처음에는 미마스를 위성이라 생각하지 않고 그저 큰 얼음덩어리 정도로 생각했습니다. 

카시니가 미마스를 비행하는 동안 수집된 데이터는 다양한 정보를 제공했습니다. 이달은 행성에서 겨우 11만5천 마일(18만6천 킬로미터) 떨어져 있습니다. 토성을 공전하는 데 22시간이 조금 넘게 걸리는 것으로 추측합니다. 미마스의 회전과 궤도 운동이 달의 내부에 의해 유발되는 변화가 있다는 것을 알아냈습니다. 

유럽의 한 연구팀은 2014년에 바위가 많은 핵이나 지표면 아래의 바다가 달의 자전과 운동을 일으킨다는 사실을 밝혀냈습니다. 파리 천문대(Observatoire de Paris) 천문학자 발레리 라이니(Valéry Lainey) 박사와 그의 동료들은 궤도 운동 데이터를 열심히 분석했습니다. 연구팀은 미마스가 팬케이크 모양의 암석 핵을 가지고 있다면 달의 스핀과 궤도 운동이 카시니 관측 결과와 일치하지 않지만, 시간이 지남에 따라 미마스의 궤도가 진화했다는 것은 내부 바다가 움직임을 만들어냈음을 시사한다고 밝혔습니다.

이번 발견으로 미마스는 내부 바다가 있는 위성이 되었습니다. 그러나 다른 위성과는 독특한 차이점이 있습니다. 바다는 놀라울 정도로 최근에 생겨났다는 것입니다. 5백만 년에서 1,500만 년 정도 된 것으로 추정됩니다.

오래된 표면과 오래되지 않은 바다 

연구팀은 미마스의 해양 기원과 나이를 밝혀내기 위해 지름이 약 249마일(400km)에 달하는 달이 토성이 미치는 중력에 어떻게 반응하는지 연구하였습니다. 내부 가열은 토성이 미마스에서 끌어올린 조수에서 나와야 하며, 이러한 조수 효과는 위성 내부에 마찰을 유도해 열을 제공했다는 것을 알아냈습니다. 

나사(NASA)의 카시니 우주선에 탑재된 레이더(Radar) 장비에서 나온 이 이미지들은 거대한 탄화수소 바다에서 일시적인 특징의 진화를 보여줍니다. 이 탄화수소 바다는 토성의 위성 타이탄(Titan)에 있는 리게이아 마레(Ligeia Mare)라고 불립니다. 바다가 매우 어리고 지표면에 지하 바다의 존재를 암시하는 활동의 어떤 외부 징후도 없는 것 같습니다. 그 바다가 달의 얼음 껍질 아래 약 12.4마일에서 18.6마일 (20킬로미터에서 30킬로미터) 깊이에 있다고 추측합니다.  

미마스 전역에 있는 분화구들은 그것이 오래된 표면을 가지고 있다는 것을 증명합니다. 그러나 토성의 엔켈라두스는 활동적인 간헐천들이 그 달의 표면에 새롭고 신선한 물질을 다시 표면화하거나 퇴적시키는 데 기여했기 때문에 더 오래되지 않아 보일 수 있습니다. 바다는 여전히 진화하고 있습니다. 미마스는 어떻게 다른 얼음 위성들 위에 표면 아래의 바다가 형성되었는지에 대한 정확한 원인은 밝혀지지 않았습니다.

미마스의 연구가치

최근 형성된 액체 상태의 바다가 존재하기 때문에 미마는 생명의 기원을 조사하는 연구자들에게 중요한 존재가 되고있습니다.  그리고 이 발견은 천문학자들이 우리 태양계 전체의 위성에 대한 생각을 새롭게 바꿔줄 수 있습니다. 미마스가 지구 해양을 숨기고 있다면 이는 액체 상태의 물이 거의 어디에나 있을 수 있다는 것을 의미할 수 있습니다. 이미 미마스 외 칼리스토, 디오네, 트리톤과 같은 위성에 바다가 존재할 수 있다는 추측을 하고 있습니다. 2017년 NASA는 해양 세계가 지구 너머의 생명체를 발견할 가능성이 가장 높은 장소일 수 있다고 발표했습니다. 유럽 우주국의 주스(Juice)와 NASA의 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 및 드래곤플라이(Dragonfly) 우주선과 같은 임무는 목성의 위성 유로파(Europa), 가니메데(Ganymede) 및 칼리스토(Calisto)와 토성의 위성 타이탄(Titan)의 잠재적인 거주 가능성을 조사할 것입니다.

연구자들은 태양계 전체에 생명체가 살 수 있는 조건을 숨기고 있을 수 있는 다른 위성들을 연구해볼 시기가 된 것 같습니다. 레이니와 동료들의 연구 결과는 태양계  중간 크기의 얼음 위성을 더 상세하게 조사하게 되는 계기가 될 것입니다.