행성 고리 탄생의 3가지 가설  
우리가 살고 있는 지구를 비롯해, 수성, 금성, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 등 태양계에는 8개의 행성들이 존재하고 있어요. 이 중 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 행성을 둘러싸고 있는 예쁜 고리를 갖고 있는데요.  

마치 튜브를 낀 것 같은 모양의 행성의 고리는 대체 어떻게 만들어지게 된 걸까요?  

갈릴레이가 발견한 ‘토성의 귀’  
태양계에 위치한 행성 중 가장 처음으로 관측된 고리 행성은 ‘토성’이었어요. 1610년 이탈리아 천문학자 갈릴레오 갈릴레이(1564~1642)가 처음 ‘토성의 고리’를 관측했는데요.  

당시에는 망원경의 해상도가 높지 않아 고리가 희미하게 보였기 때문에 갈릴레이는 토성의 고리를 ‘토성의 귀’라고 생각했어요. 그로부터 49년 뒤인 1659년에 네덜란드의 천문학자 호이겐스에 의해 토성의 귀는 ‘고리’였음이 밝혀졌죠.      

토성의 고리 발견 후, 300여 년이 지나서야 목성(1979년), 천왕성(1986년), 해왕성(1989년)에도 고리가 있다는 사실이 알려지게 됐어요. 다른 행성들의 고리를 늦게 발견할 수밖에 없었던 이유는 두껍고 화려해서 멀리서도 관측이 가능한 토성의 고리에 비해, 밝기도 어둡고 두께도 얇아 당시 기술로는 확인이 어려웠기 때문이랍니다.     

고리 크기가 200배 더 큰 ‘슈퍼 토성’이 있다!  
네덜란드 레이덴 관측소와 미국 로체스터 대학 공동연구팀은 2015년 1월 27일, 천체물리학저널 <Astrophysical journal>에서 지구로부터 420광년 떨어진 곳에 토성 고리 크기의 200배 이상 되는 천체 ‘J1407b’를 확인했다고 밝혔어요.   

연구팀은 그 이전인 2012년부터 J1407의 밝기가 ‘약해졌다’, ‘강해졌다’하는 것에 의문을 갖고 관측 자료를 분석했는데요. 그 결과 J1407별 주위를 J1407b라는 행성 또는 갈색왜성이 돌고 있으며, J1407b의 고리가 별을 가려 밝기가 변한다는 것을 발견하게 됐습니다.  

참고로 J1407b는 최소 수백만에서 수천만㎞에 달하는 고리를 무려 30개 이상이나 갖고 있죠.  

고리 형성을 둘러싼 3가지 가설!  
행성의 고리를 멀리서 보면 커다란 띠처럼 보이는데요. 가까이 들여다보면 큰 바위나 자갈, 얼음조각, 먼지 등으로 이루어져 있어요. 그런데 태양계 행성의 절반이 고리를 갖고 있음에도 불구하고, 아직까지 이것이 어디서 어떻게 무슨 이유로 만들어졌는지 확실하게 밝혀진 바가 없습니다.  

이에 과학자들은 여러 가지 가설들을 내놓았는데요. 이 중 행성 고리 형성과 관련한 세 가지 가설을 살펴볼까요?    

가장 가능성 있는 가설은? 
위 세 가지 가설을 살펴보면, 첫 번째 가설은 맞지 않는다는 것을 알 수 있어요. 토성의 바깥쪽에 위치한 A고리 안에는 ‘판’과 ‘다프니스’라는 지름이 수㎞ 정도 되는 큰 위성이 있는데요.  

이 정도 크기의 위성은 행성 바깥에서 고리 안으로 끌려 들어오지 않고는 만들어질 수 없어요. 행성의 중력 때문에, 작은 부스러기들이 모여 위성이 되기 전에 이미 행성에 흡수되기 때문이죠.    

또한 판과 다프니스의 탄생 시기가 비교적 최근인 것으로 분석된 걸 보면, 토성의 A고리 역시 태양계가 만들어진 시절에 생성된 부스러기로 생긴 것이 아님을 증명합니다.  

두 번째 가설의 경우도 소천체가 주요 행성 근처를 지나면서 깨지거나 위성과 충돌할 가능성은 매우 희박해요. 실제로 이런 일이 일어난다 하더라도 위성과 충돌한 후엔 행성의 중력권을 벗어나기 때문에 안정적으로 궤도운동을 하며 고리를 형성하기 어렵죠.  

현재 가장 주목받고 있는 가설은 바로 세 번째 가설입니다. 2010년 12월, 미국 콜로라도 사우스웨스트연구소 로빈 카눕 박사는 과학 학술지 <네이처>에 토성 고리가 어떻게 탄생하게 됐는지를 설명했어요.  

그의 연구에 따르면 태양계가 형성됐을 당시, 토성과 위성 사이에는 ‘수소기체 소용돌이’가 존재했는데, 소용돌이는 1만 년 동안 여러 위성을 토성 쪽으로 잡아 당겨 위성을 흡수시켰습니다. 그런데 위성이 토성으로 빨려 들어가는 순간, 위성 표면을 싸고 있던 얼음층이 떨어져 나오면서 고리가 형성되는 것을 컴퓨터 모델링 결과를 통해 확인할 수 있었죠.  

그런데 이 가설은 토성에만 해당되기 때문에, 다른 행성의 고리가 어떻게 만들어지게 됐는지를 찾는 것은 조금 더 시간이 필요할 것으로 보입니다.  

*에듀진 기사 URL: http://www.edujin.co.kr/news/articleView.html?idxno=36931
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