미마스

미마스는 토성의 주요 위성 중 가장 작고 가장 안쪽에 위치한 위성으로, 지름이 400km에 살짝 못 미치는 거의 순수한 물 얼음 덩어리이며, 자체 중력이 구형으로 만들기에도 겨우 충분할 만큼 작다. 이 위성은 토성권 깊숙한 곳, 육안으로 보이는 고리 바로 바깥쪽을 스치듯 지나며 공전하고, 하루도 채 안 되는 약 22.6시간마다 행성을 한 바퀴 완주한다. 발견 이후 약 두 세기 동안 대부분의 시간 동안 이 위성은 그다지 특별할 것 없는 얼어붙은 유물, 즉 거대한 부모 행성을 향해 늘 같은 얼굴을 향하고 있는 크레이터투성이 눈덩이로 여겨졌다.

그 이후 두 가지 사실이 미마스를 태양계에서 가장 화제가 되는 소형 위성 중 하나로 만들었다. 하나는 공상과학 속 장비를 섬뜩할 만큼 닮게 만드는 거대한 충돌 흉터이고, 다른 하나는 이 죽은 것처럼 보이는 얼음 덩어리가 표면 아래에 전 지구적 규모의 액체 물 바다를 숨기고 있을지도 모른다는 2024년의 연구 결과다.

데스스타를 닮은 위성

미마스는 단 하나의 특징으로 정의된다. 폭 약 130km에 이르는 충돌 크레이터 허셜은 위성 자체 지름 396km의 약 3분의 1에 해당하는데, 마치 한쪽 반구가 벽에서 벽까지 한 입 크게 베어 먹힌 듯한 모습이다. 그 성벽 같은 테두리는 분화구 바닥에서 약 5km 높이로 솟아 있고, 중앙 봉우리는 약 6km 높이로 지구의 대부분의 산보다도 높다. 적절한 각도에서 보면 이 크레이터와 그늘진 구덩이는 미마스를 스타워즈에 등장하는 데스스타와 거의 똑같이 닮아 보이게 만드는데, 이는 카시니가 찍은 선명한 사진을 본 사람이라면 누구도 놓치지 못한 우연이다.

허셜을 만든 충돌은 이 위성을 통째로 산산조각 낼 뻔했을 만큼 강력했다. 크레이터 정반대편, 미마스의 반대쪽 면에는 길게 뻗은 골과 균열이 표면을 갈라놓고 있는데, 많은 연구자들은 이 협곡들이 이 작은 천체를 관통하며 질주한 충격파가 정반대 지점에 모여들면서 새겨진 것으로 본다. 조금만 더 강한 충격이었다면 오늘날 미마스는 하나의 천체로 존재하지 못했을 수도 있다.

얼음과 크레이터의 세계

평균 반지름 약 198km에 밀도는 물보다 조금 더 높은 정도인 미마스는 거의 전부가 얼어붙은 H2O이며 암석은 아주 작은 비율만 차지한다. 이 낮은 밀도와 심하게 두들겨 맞은 표면이 결합되어, 이 위성은 오랫동안 지질학적으로 죽은 천체, 즉 스스로 표면을 다시 형성한 적 없이 수십억 년 동안 충돌을 기록만 해 온 곳으로 여겨졌다. 크레이터는 지형 거의 전체를 뒤덮고 있으며 가장 큰 것은 폭 수십km에 이르고, 위성의 약간 계란형인 모양은 이 크기에서 자체 중력이 얼마나 약한지를 보여준다.

미마스는 조석 고정되어 있어 우리 달이 지구를 대하는 것과 마찬가지로 공전하는 동안 한쪽 반구가 늘 토성을 향한다. 표면 온도는 영하 200도 부근을 맴돌며, 2010년 카시니의 적외선 장비는 표면 전체에 걸쳐 기묘하고 뚜렷한 경계를 가진 온난·한랭 패턴을 지도화했는데, 이는 '팩맨' 열이상 현상이라 불리며 정확한 원인은 여전히 논쟁 중이지만 얼음 지면이 열을 전도하는 방식의 차이를 반영하는 것으로 보인다.

고리 가장자리의 목자

미마스는 토성으로부터 평균 약 18만 5,500km 거리, 고리계 안쪽 깊숙한 곳을 공전하며, 그 중력은 고리 자체에도 뚜렷한 흔적을 남긴다. 토성의 A고리와 B고리 사이에 놓인 넓은 어두운 틈인 카시니 간극을 만들어낸 주된 원인이 바로 이 위성이다. 그곳을 공전하는 입자들은 미마스와 2:1 공명 상태에 놓여 미마스가 한 바퀴 도는 동안 토성을 두 바퀴 돌게 되는데, 이 반복되는 잡아당김이 시간이 지나면서 입자들을 쓸어내 버린다. 이 위성은 고리의 다른 부분에서 날카로운 경계를 조각하는 데도 도움을 주며, 이 작은 위성을 토성의 가장 유명한 특징을 만들어낸 진정한 건축가로 만든다.

숨겨진 바다

2024년 2월, 파리 천문대 연구진이 이끄는 팀이 네이처(Nature)지에 미마스를 비활성 천체로 보던 그림을 뒤엎는 연구 결과를 발표했다. 카시니 데이터에서 이 위성의 궤도 운동에 나타나는 미세한 불규칙성, 즉 토성에 가장 가까이 접근하는 지점의 완만한 이동과 공전하면서 흔들리는 방식인 칭동을 추적한 결과, 연구진은 미마스가 속까지 완전히 고체일 수는 없다는 결론에 도달했다. 이 측정값은 얼음 아래 약 20~30km 깊이에 전 지구적 규모의 액체 물 바다가 존재한다는 가정에서만 들어맞았다.

가장 기이한 부분은 이 바다의 명백한 젊음이다. 같은 궤도 분석에 따르면 이 바다는 지질학적으로 최근에 형성되었을 가능성이 높으며, 아마도 약 2,500만 년이 채 되지 않았고 어쩌면 여전히 성장 중일 수도 있다. 이는 심하게 크레이터가 패였지만 손상되지 않은 표면 아래에 액체 물이 존재한다는 역설을 설명해 준다. 즉 이 바다는 지각을 뚫고 균열, 능선, 또는 간헐천이 나타날 만큼 충분히 오랫동안 존재하지 않았던 것이다. 이것이 확인된다면 미마스는 엔셀라두스, 유로파, 그리고 소수의 다른 얼음 위성들과 함께 '바다 세계'의 반열에 오르게 되며, 숨겨진 바다가 이 위성들의 얼어붙은 겉모습이 시사하는 것보다 훨씬 흔할 수 있음을 암시한다.

발견과 탐사

미마스는 1789년 9월 17일 윌리엄 허셜에 의해 발견되었는데, 그는 영국에서 최근 완성한 거대한 12미터(40피트) 반사망원경을 사용했으며, 이는 몇 주 전 위성 엔셀라두스를 발견한 것과 같은 기기였다. 이후 아들 존 허셜의 제안에 따라 그리스 신화 속 거인족 중 하나의 이름을 따 명명되었는데, 이 위성을 뒤덮은 크레이터가 발견자 가문의 이름을 딴 것은 시사적이다.

거의 두 세기 동안 미마스는 단순한 빛의 점에 불과했다. 파이오니어 11호와 두 대의 보이저 탐사선이 1979년부터 1981년 사이 토성을 스쳐 지나가며 최초의 실제 이미지를 전송했고, 보이저 1호는 1980년 허셜 크레이터를 밝혀냈다. 결정적인 관측은 2004년부터 2017년까지 토성을 연구한 NASA와 ESA의 카시니 궤도선에서 나왔으며, 이 탐사선은 2010년 2월 13일 미마스에 가장 근접해 약 9,500km 거리까지 접근했다. 아무도 바다의 존재를 의심하지 않던 시절 수집된 카시니의 데이터가 훗날 2024년의 발견을 가능하게 만든 것이다.

미마스를 찾는 방법

미마스는 뒷마당 관측자에게 어려운 대상이다. 약 12~13등급으로 희미한 데다, 토성에 매우 가까이 자리해 행성의 눈부신 빛과 고리의 광채에 묻히기 쉽다. 이를 보려면 대개 최소 250mm(10인치) 구경의 망원경, 안정적인 하늘, 그리고 미마스가 최대 이각에 도달해 토성의 앞뒤가 아닌 옆쪽으로 벗어나는 시점을 노려야 한다. 그렇게 해도 이는 순간적으로 스쳐 지나가는 점에 불과하지만, 그 점 아래에 숨겨진 바다 전체가 있을지도 모른다는 사실을 알고 나면 이 관측은 그만한 가치가 있다.