학습/코칭

행성의 고리는 어떻게 만들어질까?

행성의 고리 형성을 둘러싼 세 가지 가설



누구나 한 번 쯤은 밤하늘을 바라보며 드넓은 우주를 그려본 적이 있을 것입니다. 첨단 과학이 세상을 지배하는 이 시대에도 우주는 아직 모르는 것이 더 많은 미지의 세계입니다.

특히 우주는 창의력이 폭발하는 시기의 아이들이 가진 무한한 상상력을 깨워주는 좋은 소재이기도 합니다. 오늘은 초등 잡지 <톡톡> 5월호에 실려 있는 “행성의 고리는 어떻게 만들어질까?” 기사를 통해 아이와 우주에 대한 이야기를 나눠보는 건 어떨까요?

잠들어있는 아이의 창의력과 상상력을 깨워주세요!

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*이하 기사는 초등 잡지 <톡톡> 5월호에서 일부 발췌한 내용입니다. 더 자세한 기사는 해당 잡지에서 확인할 수 있습니다.
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우리가 살고 있는 태양계에는 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 이렇게 8개의 행성이 존재해요. 이 중 목성과 토성, 천왕성, 해왕성은 예쁜 고리를 가지고 있는데요. 이런 고리는 어떻게 해서 만들어지게 되는 걸까요?

최초로 관측된 고리 행성 ‘토성’
태양계 행성에서 최초로 관측된 고리 행성은 토성이었어요. 이탈리아 천문학자 갈릴레오 갈릴레이(1564~1642)는 1610년 토성의 고리를 처음 관측했답니다.

그런데 당시에는 망원경의 해상도가 높지 않아 고리가 희미하게 보였기 때문에 갈릴레이는 토성의 고리를 ‘토성의 귀’라고 생각했어요. 갈릴레이가 죽은 후 1659년, 네덜란드의 천문학자 호이겐스에 의해 토성의 귀는 ‘고리’였음이 밝혀졌죠.

이로부터 300여 년이 지난 지금, 현대에 와서 목성(1979년), 천왕성(1986년), 해왕성(1989년)에도 고리가 있다는 사실이 차례로 밝혀지게 됐습니다.

우리가 이 행성들의 고리를 이렇게 늦게 발견할 수밖에 없었던 이유는, 두껍고 화려해서 멀리서도 관측이 가능한 토성의 고리에 비해 다른 행성들의 고리는 밝기도 어둡고 두께도 얇아서 당시 기술로는 확인할 수 없었기 때문이에요.

고리 형성과 관련한 3가지 가설!
행성의 고리는 멀리서 보면 행성 하나를 두르고 있는 띠처럼 보이는데요. 가까이 들여다보면 큰 바위나 자갈, 얼음조각, 먼지 등의 성분으로 구성돼 있답니다.

그런데 태양계 행성의 절반이 이처럼 고리를 갖고 있어도, 아직 이 고리들은 ‘왜 만들어졌는지’, ‘어떻게 만들어졌는지’ 등 확실하게 밝혀진 것이 없습니다. 이에 과학자들은 여러 가지 추측을 했는데요. 행성 고리 형성과 관련한 세 가지 가설을 살펴볼까요?

가설 1 : 고리는 ‘행성이 만들어지고 남은 부스러기?’
처음 태양계가 만들어지고 수성, 금성, 지구, 화성, 목성 등 각각의 행성이 탄생했을 때, 행성 가까이에 있는 남은 부스러기가 행성으로 끌려가 고리를 만들었다는 것입니다.

가설 2 : ‘깨진 혜성’이 고리가 된다?
혜성이나 소행성 같은 천체가 행성을 향해 날아가면, 행성의 강한 중력 때문에 혹은 다른 위성과 부딪혀서 깨지는데요. 이때 생긴 파편이 행성 주위를 돌면서 고리를 만든다는 것입니다.

가설 3 : 고리는 ‘행성이 위성을 먹은 흔적?’
행성 주위를 도는 위성이 행성의 중력에 의해 흡수될 때, 위성 표면에 있던 얼음층이 떨어져 나와 고리가 된다는 것입니다.

첫 번째 가설은 토성의 고리에 존재하는 위성으로 맞지 않는다는 것을 알 수 있어요. 토성의 바깥쪽 A고리 안에는 ‘판’과 ‘다프니스’라는 지름이 수㎞ 정도 되는 꽤 큰 위성이 있습니다.



그런데 이 정도 크기의 위성은 행성 바깥에서 고리 위치로 끌려 들어오지 않고는 만들어지는 것이 불가능해요. 행성의 중력 때문에, 작은 부스러기들은 모여서 위성으로 커지기 전에 이미 행성에 흡수했을 테니까요.

같은 위치에 있는 고리 역시 마찬가지로 나중에 끌려 들어왔다고 봐야 합니다. 행성이 태어날 때 고리가 만들어졌다면 중력 때문에 이미 토성에 흡수됐을 겁니다.

또한 판과 다프니스의 탄생 시기가 비교적 최근인 것으로 분석돼, 토성의 A고리 역시 초기 태양계가 만들어진 시절에 만들어진 부스러기로 생긴 것은 아니라는 것을 보여준답니다.

두 번째 가설의 경우도 소천체가 주요 행성 근처를 지나면서 깨지거나 위성과 충돌할 가능성은 매우 희박할 뿐더러, 실제 이런 일이 일어난다 하더라도 위성과 충돌한 후엔 행성의 중력권을 벗어나 버리기 때문에 안정적으로 궤도운동을 하며 고리를 형성하기는 어렵습니다.

현재 가장 주목받고 있는 가설은 바로 세 번째 가설입니다. 2010년 12월, 미국 콜로라도 사우스웨스트연구소 로빈 카눕 박사는 <네이처>에 토성 고리가 어떻게 탄생하게 됐는지를 통해 행성의 고리가 탄생하는 모습을 설명했어요.



카눕 박사에 따르면 45억 년 전 태양계가 형성됐을 때, 토성과 위성 사이에는 ‘수소기체 소용돌이’가 존재했는데, 소용돌이는 1만 년 동안 계속 여러 위성을 토성 쪽으로 잡아 당겨 위성을 토성에 흡수시켰죠.

컴퓨터 모델링 결과 위성이 토성으로 빨려 들어가는 이 순간, 위성 표면을 싸고 있던 얼음층은 껍질이 벗겨지듯 떨어져 나와요.

먹힌 위성에서 떨어져 나온 얼음층은 고리가 됐죠.

그런데 이 가설은 토성에만 해당되기 때문에, 다른 행성의 고리가 어떻게 만들어지게 됐는지를 찾는 것은 조금 더 시간이 필요할 것으로 보입니다.

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