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 토성의 고리와 기울어진 자전축은 부서져 사라진 위성때문??

사라진 토성의 위성 'Chrysalis'은 토성이 간직한 몇 가지 미스터리를 풀 수 있는 단서가 될 수도 있습니다.

'Chrysalis'(번데기)라고 불리는 이 가상의 사라진 위성은 토성의 자전축을 기울이는 데 영향을 주었을 수  있다고 연구자들은 9월 15일 Science 지에 밝혔습니다. 뒤이은 궤도의 혼돈은 이 위성의 종말을 초래하였고 결과적으로 산산히 부서져 오늘날 토성을 둘러싸고 있는 상징적인 고리를 형성했을 수도 있습니다.

연구 공동 저자인 MIT의 행성 과학자 Jack Wisdom은 "이전에는 관련이 있다고 생각되지 않았던 두세 가지 다른 것들을 설명하는 시나리오일 가능성이 있기 때문에 상당히 흥미롭습니다."

Jack Wisdom은 덧붙여 "고리가 기울기와 관련이 있습니다. 누가 짐작이나 했겠습니까?  토성의 고리는 겨우 1억 5천만년  정도밖에 되지 않을 정도로 최근에 형성되었습니다.  만약 공룡에게 망원경이 있었다면 고리가 없는 토성을 보았을 것입니다. 토성의 또 다른 특징은 태양 주위를 공전하는 궤도에 비해 자전축이 거의 27도 기울어져 있다는 것입니다. 이 기울기는 토성이 형성되었을 당시에 형성되었거나 또는 행성의 충돌로 인한 결과라고 보기에는 너무 큰 수치입니다" 라고 말했습니다.

사라진 위성 'Chrysalis'이 토성의 기울기와 고리를 형성한 방법

토성이 형성되었을 때, 그 회전축은 아마도 위아래로 직선에 가까웠을 것입니다 ①. 그러나 위성 타이탄이 토성에서 멀어지면서 타이탄과 'Chrysalis' 라고 불리는 또 다른 위성과 해왕성 사이의 상호 작용은 토성을 36도 기울이는 데 영향을 미쳤을 수 있습니다.②   혼돈이 계속되어 결국 위성 'Chrysalis'의 파괴로 이어졌습니다. 갈가리 찢긴 'Chrysalis'은 토성의 고리를 형성했으며, 그 손실로 인해 토성의 기울기 각도가 현재의 약 27도로 약간 완화되었습니다.③

행성 과학자들은 두 행성이 움직이는 방식 사이의 타이밍이 일치하기 때문에 기울기가 해왕성과 관련이 있다고 오랫동안 의심해 왔습니다. 토성의 축은 팽이처럼 흔들리거나 세차운동을 합니다. 태양 주위를 도는 해왕성의 전체 궤도 역시 훌라후프처럼 흔들리고 있습니다.

두 세차 운동의 주기는 거의 동일하며, 이를 공명이라고 합니다. 과학자들은 토성의 위성, 특히 가장 큰 위성인 타이탄의 중력이 행성의 세차 운동을 정렬하는 데 도움이 되었다고 이론화했습니다. 그러나 토성의 내부 구조의 일부 특징은 두 시간이 관련되어 있음을 증명할 만큼 충분히 알려지지 않았습니다.

Jack Wisdom과 동료들은 토성 탐사선 Cassini (2017년 다른 위성에 영향을 주지않기 위해 토성에 추락하여 미션 종료함)에서 토성의 중력장의 정밀 측정을 사용하여 내부 구조의 세부 사항을 알아냈습니다. 특히, 연구팀은 토성의 관성 모멘트, 즉 행성을 뒤집는 데 필요한 힘의 측정값을 계산했고 관성 모멘트가 토성의 회전이 해왕성의 궤도와 완벽한 공명을 하는 경우와 비슷하지만 정확하지는 않다는 것을 발견했습니다.

Wisdom은 "우리는 그것이 너무 가깝기 때문에 우연히 발생했을 수 없다고 주장합니다. 그곳에서 이 위성 'Chrysalis'가 들어왔습니다."

여러 가지 다른 설명을 고려한 후, Wisdom과 동료들은 또 다른 작은 위성의 중력이 타이탄의 중력 잡아당김에 더해져 토성과 해왕성을 공명시키는 데 도움이 되었을 것이라는 것을 깨달았습니다. 타이탄은 'Chrysalis'의 궤도와 동기화될 때까지 토성에서 멀어졌습니다.

더 큰 달의 강한 중력 Kick에 의해 운명의 작은 달을 혼란스럽게 만들었으며 결국 Chrysalis'는 토성에 너무 가까이 가게 되었고 거대한 행성인 토성을 스쳐 지나가게 되었고 이때 토성이 이 위성을 갈기갈기 찢어버렸고 결과적으로 그 조각들은 천천히 토성의 고리를 형성하게 되었습니다.

계산과 컴퓨터 시뮬레이션은 시나리오가 항상 올바른 결과를 내는것은 아니지만 현재로서는 제대로 작동하는 것으로 나타났습니다. 390개의 시뮬레이션 시나리오 중 17개만 'Chrysalis'가 분해되어 고리를 만드는 것으로 끝났습니다. 

이 연구에 참여하지 않은 콜로라도 볼더 대학의 행성 과학자 Larry Esposito는 이야기가 서로 연결되어 있다고 말합니다. 그러나 그는 완전히 확신하지 못합니다. "나는 그것이 모두 그럴듯하다고 생각하지만 아마도 그렇지 않을 수도 있습니다. 셜록 홈즈가 사건을 해결한다면, 있을 법하지 않은 설명도 옳은 것일 수 있습니다. 그러나 우리는 아직 거기에 있다고 생각하지 않습니다." 라고 소견을 밝혔습니다.

즉 이 가설이 맞을 가능성이 충분히 존재하지만 그렇지 않을 수도 있다고 합니다. 어쨌거나 토성의 거대한 고리는 현재까지 우리 인류가 찾은 그 어떤 외계 행성에서도 보기 더문 아주 특이한 고리인것은 확실합니다.

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