타이탄

타이탄은 토성에서 가장 큰 위성이자 태양계에서 두 번째로 큰 위성으로, 반지름이 2,575km에 달해 행성인 수성보다도 크고 지구 달보다 절반 가까이 더 넓은 세계다. 하지만 타이탄을 특별하게 만드는 것은 크기가 아니다. 타이탄은 상당한 대기를 가진 유일한 위성으로, 질소와 메탄으로 이루어진 짙고 뿌연 막이 표면을 수 세기 동안 완전히 가려왔다. 그 주황빛 스모그 아래에는 오늘날 태양계에서 지표면에 안정적인 액체 웅덩이가 존재하는 유일한 또 다른 장소가 있다. 물이 아니라 차가운 액체 메탄과 에탄으로 이루어진 강, 호수, 바다다.

그 결과 완전히 낯선 화학 작용으로 만들어졌지만 묘하게 낯익은 풍경이 펼쳐진다. 타이탄에는 구름, 비, 사구, 하천 수로, 해안선, 그리고 계절에 따른 기상 순환이 존재한다. 모두 약 영하 179도에서 탄화수소를 기반으로 움직이며, 그곳에서는 물 얼음이 바위처럼 단단하고 메탄이 지구에서 물이 하는 역할을 대신한다.

발견과 신화적인 이름

네덜란드의 천문학자이자 물리학자인 크리스티안 하위헌스는 1655년 3월 25일, 형제와 함께 만든 굴절 망원경으로 타이탄을 발견했다. 이는 토성 주위를 도는 최초로 발견된 위성이었으며, 지구의 달과 목성의 갈릴레이 위성 네 개에 이어 태양계에서 여섯 번째로 알려진 위성이었다. 하위헌스는 단순히 '토성의 위성'이라고 불렀으며, 그리스 신화에서 올림포스 신들 이전의 거인 신족을 뜻하는 '타이탄'이라는 이름은 거의 두 세기 후인 1847년 천문학자 존 허셜이 제안했다.

타이탄은 약 122만km 거리에서 15일 22시간(약 15.945일)마다 토성을 한 바퀴 도는데, 그 궤도는 토성의 적도면에서 겨우 0.35도 기울어진 거의 완벽하게 평평한 경로다. 대부분의 큰 위성들처럼 조석 고정되어 있어 공전하는 내내 같은 면이 토성을 향한다.

지구보다 짙은 대기

타이탄은 태양계에서 두껍고 영구적인 대기로 둘러싸인 유일한 위성이다. 약 95%가 질소, 5%가 메탄으로 이루어져 있으며 다른 탄소 화합물이 미량 존재하는데, 이는 지구를 제외하면 질소가 주성분인 유일한 대기다. 지표면 기압은 지구 해수면의 약 1.45배로, 방문자는 지구 바다 속 약 5m 깊이에서 느껴지는 것과 비슷한 공기의 무게를 느끼게 될 것이다.

상층 대기에서 태양광이 메탄을 분해하고, 그 조각들이 재결합해 톨린이라 불리는 복잡한 유기 분자로 이루어진 짙은 주황색 안개를 만든다. 이 안개 때문에 카시니 이전의 모든 망원경과 근접 통과 관측에서 타이탄은 특징 없는 호박색 구슬처럼 보였고, 그 아래에 무엇이 있는지 알아내려면 안개를 뚫어볼 수 있는 관측 장비를 실은 탐사선이 필요했다.

메탄의 바다와 숨겨진 대양

안개를 뚫고 볼 수 있는 카시니의 레이더는 타이탄의 극지방에 액체 메탄과 에탄으로 이루어진 진짜 호수와 바다가 점점이 흩어져 있음을 밝혀냈다. 그중 가장 큰 크라켄 마레는 북극 근처에 있으며 지구 카스피해와 비슷하거나 다소 넓은 면적을 차지해, 지구 밖에서 알려진 가장 큰 지표 액체 지형이다. 그 근처에는 리게이아 마레와 풍가 마레가 있는데, 레이더 관측에 따르면 리게이아는 일부 지점에서 깊이가 약 170m에 달한다. 더 남쪽에는 지구의 온타리오 호수와 비슷한 크기의 온타리오 라쿠스가 있다. 메탄은 증발해 구름을 이루고 다시 비로 내려, 하천 수로를 깎아내고 해안선을 형성하는 완전한 물 순환을 만든다. 이는 지구를 제외하면 행성 표면에서 액체를 순환시키는 것으로 알려진 유일한 사례다.

더 깊은 곳에는 타이탄이 두 번째 저장고를 숨기고 있는 것으로 보인다. 카시니의 중력 측정과 하위헌스 탐사선이 하강 중 기록한 전파 신호는 얼음 지각 아래 약 55~80km 깊이에 소금과 암모니아가 섞였을 것으로 추정되는 액체 물의 전 지구적 대양이 존재함을 시사한다. 이러한 지표의 유기 화학과 지하 액체 물의 조합은 타이탄을 태양계에서 우리와 전혀 다른 출발 화학에서 생명이 탄생할 수 있는지를 묻기에 가장 매력적인 장소 중 하나로 만든다.

하위헌스의 착륙

타이탄의 표면에 대해 우리가 아는 거의 모든 것은 단 한 번의 특별한 하강에서 시작되었다. 1997년 10월에 발사된 유럽 및 이탈리아 우주국과의 공동 임무인 NASA의 카시니 궤도선에 실려 토성까지 운반된 유럽우주국(ESA) 제작 하위헌스 탐사선은 2004년 12월 25일 분리되어 2005년 1월 14일 타이탄의 대기를 낙하산으로 통과했다. 약 두 시간 반에 걸쳐 대기를 채취하고 표면을 촬영한 뒤, 둥글고 조약돌 같은 물 얼음 덩어리들이 흩어진 축축한 평원에 착륙해 지상에서 한 시간 넘게 신호를 계속 송신했다.

이는 외태양계에서 이루어진 최초의 착륙이었으며, 우리 달 이외의 다른 위성에 착륙한 최초의 사례이기도 했다. 하위헌스는 가지처럼 갈라진 하천 수로와 해안선 같은 경계의 이미지를 전송해, 이 얼어붙은 세계에 한때 액체가 흘렀다는 직접적인 증거를 제공했다.

드래곤플라이: 다음 방문자

타이탄의 두꺼운 대기와 낮은 중력 덕분에 뜻밖에도 이곳은 태양계에서 가장 비행하기 쉬운 세계이며, NASA는 이를 활용할 계획이다. 존스홉킨스 응용물리연구소가 제작하고 운영하는 원자력 구동 회전익기 드래곤플라이는 2028년 7월 발사되어 2030년대 중반에 도착할 예정이다. 로버처럼 굴러다니는 대신 헬리콥터식 로터로 여러 지점을 옮겨 다니며, 적도 부근의 샹그릴라 사구 지역에서 시작해 물과 유기물, 에너지가 한때 뒤섞였을 것으로 보이는 셀크 충돌구를 향해 이동할 것이다.

이 임무의 목표는 타이탄의 풍부한 생명 이전 화학을 직접 채취하고 생명의 재료가 얼마나 진전되었을 수 있는지 평가하는 것이다. 하위헌스가 신호를 끊은 이후 어떤 탐사선도 닿지 못한 지형 곳곳의 수십 곳에 실험실 장비를 실어 나른다.

타이탄을 관측하는 방법

타이탄은 평범한 뒷마당 망원경으로도 무리 없이 관측할 수 있는 유일한 토성의 위성이다. 약 8등급으로 빛나며 토성 근처에서 안정된 빛의 점으로 보이는데, 원반 형태로는 보이지 않지만 좋은 광학 장비로 보면 눈에 띄게 황금빛을 띤다. 요령은 움직임을 관찰하는 것이다. 약 8일에 걸쳐 토성의 한쪽에서 반대쪽으로 이동하므로, 맑은 날 밤마다 연속으로 스케치하거나 사진을 찍으면 위치가 뚜렷하게 이동하는 것을 볼 수 있다. 천문 연감이나 플라네타리움 앱을 통해 특정 날 밤에 고리의 어느 쪽을 봐야 하는지 알 수 있으며, 토성의 고리를 보여주는 망원경이라면 어떤 것이든 그 옆에 자리한 가장 큰 위성도 함께 보여줄 것이다.