토성

토성은 태양으로부터 여섯 번째 행성이자 태양계에서 두 번째로 큰 천체로, 지구보다 거의 열 배나 넓은 가스 행성이지만 그 구성이 매우 가벼워 평균 밀도가 물보다도 낮다. 토성은 하늘에서 가장 즉각적으로 알아볼 수 있는 천체이기도 하다. 평범한 뒷마당 망원경으로 고리를 볼 수 있는 유일한 행성이며, 1610년 갈릴레오가 그 기묘한 '손잡이'를 처음 목격한 이래로 '고리 달린 행성'이라는 우리 머릿속 이미지를 규정해 온 천체다.

주로 수소와 헬륨으로 이루어져 밀도 높은 핵을 감싸고 있는 토성에는 발을 디딜 고체 표면이 없다. 대신 토성이 지닌 것은 빠르게 자전하는 줄무늬 대기와, 광범위하게 뻗어 있는 위성 가족, 그리고 태양계에서 가장 장엄한 고리 시스템이다. 이 고리는 폭은 광대하지만 놀라울 만큼 얇은 구조다.

가까이서 본 고리

토성의 고리는 행성으로부터 바깥쪽으로 약 282,000km까지 뻗어 있는데, 이는 지구에서 달까지 거리의 대부분에 해당한다. 그러나 주요 고리들의 두께는 보통 약 10m에 불과하며, 거의 모든 지점에서 30m를 넘지 않는다. 이는 도시의 폭에 맞게 비율을 늘린 종이 한 장보다도 비율상 더 얇은 셈이다. 고리는 단단한 띠가 아니라 먼지 알갱이부터 집채만 한 바위에 이르는 수많은 입자들이 궤도를 도는 것이며, 거의 전부가 물 얼음으로 이루어져 있어서 햇빛 아래 그토록 밝게 반짝인다.

주요 고리들은 발견된 순서대로 알파벳이 붙었다. A와 B가 먼저였고 그다음 C, D, E, F, G 순이었지만, 위치상으로는 순서가 뒤섞여 행성으로부터 바깥쪽으로 D, C, B, A, F, G, E 순으로 배열되어 있다. B고리와 A고리 사이에는 카시니 간극이 있는데, 폭이 약 4,700km에 이르는 이 틈은 지구에서도 관측할 수 있으며 위성 미마스의 중력이 그 구역을 깨끗하게 유지하고 있다. 이 고리들은 행성 기준으로 보면 아마도 젊은 편으로, 어쩌면 수천만 년에서 수억 년밖에 되지 않았을 수 있으며, 너무 가까이 다가와 산산이 부서진 혜성이나 얼음 위성의 잔해일 가능성이 있다.

약 10시간 반의 하루

지구 부피의 700배가 넘음에도 토성은 놀랄 만큼 빠르게 자전하여 약 10.7시간마다 한 바퀴를 돈다. 이 빠른 자전은 기체로 이루어진 유동적인 몸체와 결합해 적도를 바깥으로 밀어내는데, 그 결과 토성은 눈에 띄게 납작해져서 사실상 태양계에서 가장 편평한 행성이며, 목성보다도 뚜렷하게 더 그러하다. 반면 태양을 한 바퀴 도는 데는 약 10,759 지구일, 즉 약 29.5년이 걸리므로, 어느 해 토성이 충에 있을 때 태어난 사람은 토성이 하늘의 같은 지점으로 돌아올 무렵 거의 서른 살이 되어 있을 것이다.

토성의 자전축은 26.73도 기울어져 있어 지구와 비슷하며, 이는 토성에도 실질적인 계절이 있다는 뜻이다. 그리고 바로 이 기울기 때문에 긴 공전 주기 동안 고리가 활짝 펼쳐진 모습에서 완전히 옆으로 보이는 모습까지 오가며, 때로는 고리를 정확히 옆에서 볼 때 마치 사라진 것처럼 보이기도 한다.

폭풍과 육각형 제트류

토성의 옅은 황금빛 줄무늬는 목성보다 잔잔해 보이지만, 그 고요함은 눈속임일 뿐이다. 적도 부근의 바람은 초속 약 500m, 시속으로는 약 1,800km에 달하는 속도로 몰아치는데, 이는 지구의 가장 강력한 허리케인보다도 몇 배나 빠르다. 대략 한 토성년에 한 번씩 이 행성에는 '대백점'이라 불리는, 대륙 하나를 뒤덮을 만큼 거대해서 지구에서도 볼 수 있는 폭풍이 발생한다.

토성에서 가장 신기한 특징은 북극에 자리하고 있는데, 지름 약 30,000km에 달하는 지속적인 육각형 제트류로, 지구 여러 개를 그 안에 넣을 수 있을 만큼 넓다. 보이저 탐사선이 처음 촬영했고 카시니가 자세히 연구한 이 육각형은 태양계 어디에서도 그 유례를 찾을 수 없으며, 수십 년째 그 기하학적 형태를 유지하고 있다.

북적이는 위성 시스템

토성은 다른 어떤 행성보다도, 사실상 나머지 모든 행성을 합친 것보다도 많은 위성을 거느리고 있다. 2025년 기준 274개가 확인되었으며, 작고 먼 천체들이 계속 발견되면서 그 수는 여전히 늘고 있다. 이들은 작고 불규칙한 조각들부터 타이탄에 이르기까지 다양하다. 타이탄은 태양계에서 두 번째로 큰 위성이자 두꺼운 대기를 가진 유일한 위성으로, 주황빛 안개 아래 액체 메탄으로 이루어진 강과 호수가 고여 있다. 엔셀라두스는 작지만 남극의 균열을 통해 지하 바다에서 나온 염분 있는 물을 분출하며 그 물질을 E고리로 직접 공급한다. 거대한 허셜 충돌구로 상처 입은 미마스는 어느 유명한 가상의 전투 우주정거장과 묘하게 닮은 모습을 하고 있다.

우리가 토성을 알게 된 과정

지금까지 네 대의 우주선이 토성을 방문했다. NASA의 파이어니어 11호가 1979년 9월 1일 최초로 근접비행하며 구름 꼭대기에서 약 21,000km 이내까지 접근했다. 보이저 1호와 보이저 2호가 각각 1980년과 1981년에 뒤를 이어 고리와 위성들에 대한 최초의 상세한 모습을 전송해 왔다. 그러나 이 분야를 정의한 임무는 NASA와 ESA, 이탈리아우주국의 공동 사업인 카시니-하위헌스였다. 카시니는 2004년 궤도에 진입해 13년 동안 이 계를 연구했다.

2005년 1월, 유럽에서 제작한 하위헌스 탐사선이 낙하산을 펼치고 타이탄에 내려앉았는데, 이는 인류가 이제껏 이룬 가장 먼 거리의 착륙이었으며, 탄화수소로 깎인 지형의 이미지를 전송할 만큼 충분히 오래 살아남았다. 카시니는 2017년 '그랜드 피날레'로 임무를 마쳤다. 토성과 고리 사이의 약 2,000km 간극을 통과하는 일련의 대담한 다이빙을 거친 뒤, 9월 15일 행성의 대기 속으로 뛰어들어 스스로를 파괴했다. 이는 생명체가 존재할 가능성이 있는 위성들을 오염으로부터 보호하기 위한 의도적인 선택이었다.

토성을 직접 관측하는 방법

토성은 맨눈으로 쉽게 볼 수 있는 천체로, 별처럼 반짝이지 않는 안정적이고 크림빛이 도는 노란 점으로 빛나며, 매년 지구가 토성과 태양 사이를 지나가는 충 무렵에 가장 잘 보인다. 진짜 보람은 소형 망원경만으로도 얻을 수 있다. 30배 이상의 배율에서 고리는 원반에 후광이 두른 듯한 뚜렷한 모양으로 분해되어 처음 관측하는 사람도 단번에 알아볼 수 있으며, 더 큰 장비로는 카시니 간극과 그 곁의 작은 점 타이탄까지 드러난다. 토성의 자전축 기울기 때문에 고리가 보이는 폭은 해마다 달라져서, 어느 두 시즌도 완전히 같은 모습으로 보이지 않는다.