토성의 고리, 얼음과 돌이 만든 우주쇼

토성의 고리는 어떻게 만들어졌을까, 태양계 최고의 장관

밤하늘 천체 중에 가장 아름답다고 손꼽히는 게 바로 토성의 고리일 겁니다. 망원경으로 살짝만 봐도 감탄이 나오는 이 고리가 대체 어떤 물질로 이루어져 있고, 어떻게 생겨났는지 하나씩 풀어보려 합니다.

1. 고리는 무엇으로 이루어져 있나

토성의 고리는 대부분 얼음 알갱이와 소량의 암석 부스러기로 구성돼 있습니다. 크기는 먼지만 한 것부터 집채만 한 덩어리까지 제각각이고, 이 수많은 조각들이 토성 주위를 각자의 궤도로 돌고 있는 형태입니다.
멀리서 보면 하나로 이어진 판처럼 보이지만, 실제로는 촘촘하게 나뉜 여러 개의 고리로 구성돼 있고 그 사이사이에 좁은 틈도 존재합니다. 이런 틈은 근처 위성들의 중력 영향으로 생기는 경우가 많습니다.

2. 고리는 어떻게 생겨났을까

가장 유력한 가설은 예전에 토성 주위를 돌던 위성이나 혜성이 토성의 강한 중력에 의해 부서지면서 파편들이 고리 형태로 남았다는 설명입니다. 로슈 한계라는 지점 안쪽으로 들어온 천체는 중력 차이 때문에 산산조각 날 수 있는데, 그 잔해가 지금의 고리가 됐다는 것이죠.
다른 가설로는 태양계가 처음 형성될 때 토성 주변에 남아있던 물질이 뭉치지 못하고 그대로 고리로 남았다는 설명도 있습니다. 어느 쪽이든 고리는 토성 탄생 초기의 흔적을 담고 있는 셈입니다.

3. 고리의 폭과 두께

토성의 고리는 폭으로 보면 수십만 킬로미터에 이를 정도로 넓게 퍼져 있습니다. 하지만 두께는 대부분 수십 미터에서 1킬로미터 안팎으로 극히 얇은 편이라, 옆에서 보면 거의 선처럼 보일 정도입니다.
이렇게 납작한 이유는 토성의 중력과 공전 역학이 물질들을 평면 위로 정렬시키기 때문입니다. 실제로 지구에서 관측할 때 각도에 따라 고리가 거의 안 보이는 시기도 주기적으로 찾아옵니다.

4. 고리는 영원할까

놀랍게도 토성의 고리는 영구적인 존재가 아닙니다. 고리를 이루는 얼음 입자들이 토성의 중력에 서서히 끌려 대기로 떨어지고 있는데, 이 속도로 보면 앞으로 수억 년 안에 고리가 상당 부분 사라질 것이라는 연구 결과가 있습니다.
우주적 시간으로 보면 그리 긴 시간이 아니라서, 어떤 의미에서는 우리가 태양계 역사에서 상당히 화려한 시기에 토성을 목격하고 있는 셈입니다. 그렇게 생각하면 토성의 고리가 더 특별하게 느껴지기도 합니다.