티타니아

티타니아는 천왕성에서 가장 큰 위성이자 태양계에서 여덟 번째로 큰 자연 위성으로, 암석과 물 얼음이 거의 같은 비율로 이루어진 지름 약 1,578km의 세계이며 옆으로 기울어진 얼음 거대행성 주위를 8.7일마다 돈다. 태양이 지구에서보다 약 19배나 멀리 떨어진 곳에서 비추는 춥고 어두운 곳이지만, 갈라지고 단층진 표면은 내부가 얼어붙고 팽창하며 스스로의 지각을 갈라놓았던 격렬한 지질학적 과거를 기록하고 있다.

그리스 신이 아니라 셰익스피어의 '한여름 밤의 꿈'에 나오는 요정 여왕의 이름을 딴 티타니아는 고전 명명 전통을 완전히 벗어난 천왕성 위성 가족에 속한다. 지금까지 근접 관측된 것은 단 한 번, 순식간의 근접 통과뿐이었고 그때조차 절반만이 햇빛 속에서 포착되었다.

천왕성을 발견한 사람이 찾아낸 위성

윌리엄 허셜은 1787년 1월 11일, 1781년 천왕성 자체를 발견한 지 6년 만에 티타니아를 두 번째로 큰 천왕성 위성인 오베론과 같은 날 밤에 발견했다. 수십 년 동안 이 둘은 이 행성의 유일하게 알려진 위성이었으며, 티타니아가 천왕성 위성 중 가장 크다는 사실이 확인된 것은 그보다 훨씬 나중이었다.

이 위성의 이름은 천왕성만의 독특한 전통에서 나온다. 태양계 대부분의 천체가 그리스와 로마 신화의 이름을 따르는 데 비해, 천왕성의 위성들은 셰익스피어 희곡과 알렉산더 포프의 시에 등장하는 인물들의 이름을 딴다. 티타니아, 오베론, 미란다, 아리엘, 움브리엘 모두 이 문학적 체계를 따르며, 티타니아 자체의 표면 지형들도 이를 이어받아 협곡과 분화구에 우르술라, 거트루드, 벨몬트, 메시나 같은 셰익스피어 극에서 따온 이름을 붙였다.

암석, 얼음, 그리고 가능성 있는 숨겨진 대양

티타니아의 반지름은 788.4km, 질량은 약 3.5×10²¹kg으로 밀도가 약 1.68g/cm³에 달하는데, 이는 암석과 물 얼음이 거의 같은 비율로 이루어진 천체임을 시사하는 값이다. 행성 과학자들은 그 내부를 분화된 구조로 모델링한다. 즉 밀도 높은 암석핵을 얼음 맨틀이 감싸고 있으며, 위성의 열이 더 무거운 물질을 안쪽으로 끌어들이면서 두 층이 분리되었다는 것이다.

만약 그 내부가 한때 충분한 내부 열, 어쩌면 부동액 역할을 하는 암모니아의 도움을 받아 암석의 방사성 붕괴에서 나온 열을 충분히 품고 있었다면, 핵과 맨틀의 경계에 액체 물 층이 남아 있었을 수 있다. 그러한 지하 대양이 오늘날에도 남아 있는지는 알 수 없다. 티타니아는 작고 오래되었으며, 그 여부를 말할 수 있을 만큼 자세히 연구된 적이 없다.

갈라진 지각: 메시나 카스마타

티타니아를 대표하는 지형은 위성의 남반구를 가로질러 약 1,490km에 걸쳐 뻗은 거대한 협곡 체계 메시나 카스마타로, 그 길이는 눈에 보이는 전체 면의 길이에 가깝다. 이는 지구에서 물이 깎아낸 것과 같은 침식 협곡이 아니다. 표면이 잡아당겨지면서 평행한 단층 사이로 지각 덩어리가 아래로 내려앉아 생긴 지구地溝다.

이 확장성 균열은 위성 자체가 얼어붙은 과정을 기록하고 있는 것으로 여겨진다. 티타니아 내부의 물 얼음이 굳어지면서 팽창해 겉껍질을 늘여 결국 길고 곧은 벽으로 이루어진 골짜기로 갈라지게 만들었다는 것이다. 보이저 2호는 이 계곡들의 태양 쪽 벽에 매달린 밝은 퇴적물, 아마도 서리를 촬영했으며, 분화구가 카스마타에 의해 잘려나간 모습은 이 단층 작용이 위성 역사에서 비교적 늦게 일어났음을 보여주어 형성 이후 오랫동안 지질 활동이 있었음을 암시한다.

분화구와 단애

협곡과 더불어 티타니아는 수십억 년에 걸친 충돌의 흔적도 지니고 있다. 가장 큰 분화구인 거트루드는 지름이 약 326km에 달하며, 약 135km 크기의 우르술라는 지구地溝인 벨몬트 카스마로 갈라진 매끄러운 평원 지대에 자리해, 분화구 형성이 먼저 일어나고 지각 균열이 뒤따랐음을 명확히 보여준다. 402km 길이의 루시용 루페스 같은 긴 절벽들은 지각이 이동한 또 다른 경계선을 나타낸다. 전반적으로 티타니아는 이웃 위성 오베론보다 분화구가 덜 조밀해 보이는데, 이는 가장 격렬했던 충돌 시대 이후 표면이 부분적으로 재표면화되거나 다시 형성되었음을 시사한다.

이산화탄소의 흔적

티타니아의 표면은 물 얼음과 더 어두운 암석 물질이 섞여 있으며, 온도는 대략 60~89K(약 영하 213도~영하 184도) 사이를 오간다. 2000년대 초 지구에서 이루어진 적외선 관측에서는 궤도를 따라 뒤쪽을 향하는 후행 반구에 집중된 얼어붙은 이산화탄소도 검출되었다.

이 이산화탄소 얼음은 햇빛을 받아 약간 승화하며 티타니아에 극도로 얇고 계절에 따라 변하는 대기를 만들어 낼 수 있다. 항성 엄폐 측정은 표면 기압에 대해 상한값만을 제시하는데, 지구 대기보다 수천만 배나 희박한 약 1~2밀리파스칼, 즉 10~20나노바 정도다. 대기라고 부르기도 어려울 정도지만, 천왕성의 위성들 사이에서는 이 정도의 기체 흔적조차 이례적이다.

단 한 번, 그리고 절반만 본 세계

우리가 촬영한 티타니아의 모습은 모두 단 하나의 탐사선에서 나온 것이다. NASA의 보이저 2호는 1986년 1월 천왕성계를 통과하며 티타니아에 약 365,200km까지 최근접했다. 천왕성이 거의 완전히 옆으로 누워 있었기 때문에 태양은 위성들의 남반구에 거의 수직으로 내리쬐고 있었고, 그 결과 보이저 2호는 티타니아 표면의 약 40%만 촬영할 수 있었다. 북반구는 수십 년에 걸친 극야의 어둠 속에 놓여 있었다.

그 이후로 어떤 임무도 돌아가지 않았다. 티타니아는 여전히 절반만 지도화된 세계로 남아 있으며, 우리가 가장 알고 싶어 하는 것들, 즉 반대편 반구, 내부의 실제 상태, 액체 물이 아래에 남아 있는지 여부는 아직 실현되지 않았지만 외행성 탐사에서 거듭 최우선 순위로 꼽히는 미래의 천왕성 궤도선을 기다리고 있다.