미란다

미란다는 천왕성의 5대 위성 중 가장 작고 가장 안쪽에 있는 위성으로, 지름이 겨우 471km에 불과한 얼음과 암석 덩어리이며 우리 달 크기의 극히 일부에 지나지 않는다. 약 12만 9,400km 거리에서 1.4일마다 천왕성을 한 바퀴 돌며, 천왕성계 전체가 옆으로 누운 행성 주위를 거의 극에서 극으로 도는 것처럼 나머지 위성들과 함께 기울어진 궤도면을 따라간다. 크기로 순위를 매기면 미란다는 특별할 것이 없다. 하지만 기이함으로 순위를 매긴다면 이 정도 크기의 세계 중 태양계에서 가장 이상한 곳일지도 모른다.

그러한 명성은 단 한 번의 짧은 조우에 기대고 있다. 지금까지 미란다를 근접 관측한 탐사선은 단 하나뿐이었고, 그것도 겨우 몇 시간 동안이었다. 그럼에도 그때 발견된 것은 서로 어울리지 않는 조각들이 격렬하게 재구성된 표면이었고, 과학자들은 거의 40년 동안 그것이 어떻게 만들어졌는지 궁금해해 왔다.

발견과 셰익스피어에서 온 이름

미란다는 천왕성의 5대 위성 중 마지막으로 발견되었다. 제라드 카이퍼는 윌리엄 허셜이 천왕성 자체를 발견한 지 한 세기 반이 넘게 지난 1948년 2월 16일, 텍사스의 맥도널드 천문대에서 이를 관측했다. 이름은 셰익스피어의 희곡 '템페스트'에 나오는 마법사의 딸 미란다에서 따왔는데, 이는 신화 속 이름을 따르는 천문학의 전통에서 벗어난 것이지만 앞서 발견된 아리엘, 움브리엘, 티타니아, 오베론이 이미 셰익스피어와 알렉산더 포프에서 이름을 따온 천왕성 위성 명명 체계에는 잘 어울렸다.

미란다는 작고 멀고 희미한 행성 가까이를 돌기 때문에 38년 동안 하나의 빛의 점에 지나지 않았다. 그 표면에 대해 우리가 아는 모든 것은 단 한 번의 방문에서 비롯되었다.

태양계에서 가장 극단적인 지형

1986년 1월 NASA의 보이저 2호가 천왕성을 스쳐 지날 때 어떤 위성보다도 가깝게 접근한 대상이 바로 미란다였고, 그때 전송된 영상은 놀라움 그 자체였다. 이렇게 작고 차가운 천체에서 예상되는 균일하게 분화구로 뒤덮인 공 모양 대신, 미란다는 전혀 다른 지형들이 서로 뒤엉킨 조각보 같은 모습을 보여주었다. 오래된 완만한 평원이 날카로운 홈이 파인 지역과 맞닿아 있고, 절벽과 능선, 계곡이 마치 위성이 산산조각 났다가 다시 조립된 것처럼 서로 짓눌려 있었다.

가장 극적인 특징은 상하 낙차가 흔히 최대 약 20km로 추정되는 단층 절벽 베로나 루페스로, 태양계에서 알려진 가장 높은 절벽일 가능성이 매우 크다. 미란다의 표면 중력은 지구의 100분의 1도 되지 않기 때문에 그 낙하는 치명적이라기보다는 극적인 구경거리에 가깝다. 절벽 끝에서 떨어진 물체가 바닥에 닿기까지는 대략 10분 정도가 걸릴 것이다.

코로나 — 다른 어디에서도 볼 수 없는 지형

미란다에서 관측된 반구는 각각 최소 200km에 달하는 세 개의 거대하고 경계가 뚜렷한 지역, 즉 셰익스피어 희곡의 배경 이름을 딴 아든, 엘시노어, 인버네스라는 코로나가 지배하고 있다. 동심원 형태와 갈매기 모양으로 뻗은 능선과 홈의 띠는 경주 트랙이나 갈아엎은 밭을 연상시키며, 알려진 모든 세계 중 미란다에서만 발견되는 독특한 지형으로 보인다.

그 기원은 여전히 논쟁 중이다. 오래전부터 제기된 한 가지 가설은 미란다가 충돌로 산산이 부서졌다가 뒤죽박죽으로 다시 뭉쳐졌다는 이른바 '프랑켄슈타인 위성' 설명이다. 오늘날 많은 연구자가 선호하는 설명은 내부에서 비롯된 것으로, 따뜻하고 부력이 있는 얼음이 아래에서 솟아올라 지각을 끌어당기며 코로나 특유의 무늬를 만들었다는 것이다.

얼어붙은 대양의 세계?

미란다의 밀도는 암석 내부를 감싼 물 얼음이 절반 이상을 차지하는 천체임을 시사한다. 이 정도로 작은 위성에서는 그 많은 얼음으로 흥미로운 일을 벌일 만한 열이 어디서 나올 것인가 하는 당연한 의문이 생긴다.

유력한 답은 조석 가열이다. 과거 미란다는 아리엘이나 움브리엘 같은 이웃 위성들과 궤도 공명에 붙잡혀 있었을 것으로 추정되며, 그로 인한 중력의 잡아당김이 내부를 휘고 데웠을 것이다. 노스다코타 대학교의 한 대학원 연구자가 주도하고 존스홉킨스 응용물리연구소의 공동 저자가 참여한 2024년 연구는 보이저 2호의 영상을 재분석하고 미란다 표면을 깎아낸 응력을 모델링했다. 그들의 최적 모델은 최대 약 30km 두께의 얼음 껍질 아래 최소 약 100km 깊이의 지하 대양을 시사하며, 1억~5억 년 전 정점에 달했을 때는 그 대양이 위성 부피의 거의 절반을 채웠을 것이다. 완전히 얼어붙은 대양의 특징인 균열이 보이지 않기 때문에, 연구팀은 그 물의 더 얇은 잔재가 오늘날까지 남아 있을 가능성을 제시한다.

미란다를 관측하는 방법

미란다는 가벼운 별 관측의 대상이 아니다. 약 16~17등급으로 30억km 가까이 떨어진 행성에 바짝 붙어 있어 육안이나 쌍안경으로는 전혀 닿을 수 없으며, 천왕성 자체도 어두운 하늘 아래 육안으로는 희미한 녹색 점으로만 보인다. 미란다를 포착하려면 대형 아마추어 망원경과 뛰어난 관측 조건, 그리고 인내심이 필요한데, 이 위성이 행성의 눈부신 빛 가까이에 자리하기 때문이다. 거의 모든 사람에게 이 위성을 탐구하는 가장 좋은 방법은 보이저 2호의 자료를 살펴보는 것이다. 40년이 지난 지금도 여전히 이 갈라진 작은 세계를 근접해서 볼 수 있는 유일한 창이다.

미란다가 여전히 중요한 이유

1986년 이후로 어떤 탐사선도 천왕성계에 돌아가지 않았고, 보이저 2호가 어스름한 빛 속에서 얼핏 보았을 뿐인 위성들은 태양계에서 가장 매력적인 미탐사 목적지로 남아 있다. 전용 천왕성 궤도선은 행성 과학자들 사이에서 최우선 과제가 되었는데, 그 이유 중 하나는 미란다와 그 형제 위성들이 죽은 얼음 덩어리인지 아니면 원리적으로 거주 가능한 환경을 품을 수 있는 대양 세계인지를 밝히기 위해서다. 그런 임무가 실현되기 전까지, 미란다는 여러 나라보다도 작은 위성조차 그 크기가 암시하는 것보다 훨씬 격동적인 지질학적 역사를 숨길 수 있다는 사실을 일깨워 준다.