토성 위성에 수심 300m 메탄 바다가…

토성 위성인 타이탄에는 물이 아닌 액체 메탄 바다가 있다. 지표면에 액체가 존재하는 천체는 태양계에서 알려진 건 지구와 타이탄 뿐이다.

지구상 메탄은 도시가스 또 가축 트림에 포함된 온실가스로 알려진 무색 투명한 기체다. 하지만 표면 온도가 영하 180도인 타이탄에선 주로 액체로 존재하며 바다와 호수에 가득하다. 그리고 액체 메탄 바다에서 메탄이 증발하고 타이타 대기에 흡수되어 응축, 구름이 되고 메탄 비가 되어 지상에 쏟아진다. 지구에서의 물 순환처럼 타이탄에서 탄화수소 순환이 일어나고 있는 것이다.

최근 연구에선 타이탄 바다 깊이가 300m에 달하는 것으로 나타났다. 미 항공우주국 나사(NASA)는 앞으로 메탄 바다에 잠수함을 보낼 계획을 구상 중이다.

토성 위성은 65개나 발견됐지만 이 가운데 가장 큰 타이탄 직경은 5,150km다. 수성 지름 4,850km보다 큰 것. 또 타이탄은 짙은 대기로 덮여 있어 크기와 대기 농도 등을 따지면 행성과 위성이라고 표현될 수도 있다.

타이탄 대기 주성분은 지구와 같이 질소와 메탄 함유율은 2% 가량이다. 이 대기 중 메탄과 질소가 화학 반응을 일으켜 고분자 유기 화합물을 생성하기 때문에 지표면을 관찰하는 건 꽤 어려울 일이 될 수 있다.

여기에 등장하는 게 나사 카시니 탐사선이다. 1997년 발사되어 2004년에는 토성 궤도를 타고 2017년까지 토성과 위성에 대한 선명한 관측 데이터를 부지런히 모았다. 카시니에 실려 있던 ESA 소형 탐사선인 호이겐스는 카시니에서 분리되어 타이탄 표면에 착륙했다.

카시니에는 고도계도 포함되어 었었지만 2014년 8월 21일 타이탄 표면에서 불과 970km까지 접근해 크라켄 바다(Kraken Mare)에 레이더를 방사해 관측을 실시했다. 크라켄 바다는 타이탄에서 가장 큰 수역으로 타이탄 표면 액체 80%를 보유하고 있다.

카시니가 모은 데이터를 바탕으로 크라켄 바다 깊이를 측정한 새로운 연구가 최근 학술지 지구물리학연구학회지(Journal of Geophysical Research)에 게재됐다. 이에 따르면 크라켄 바다는 가장 깊은 곳이 수심 300m 이상일지 모른다고 한다. 카시니가 레이더 방사를 이용해 어떻게 크라켄 바다 깊이를 측정했는지 살펴보면 코넬대학과 나사 제트추진연구소가 공동으로 개발한 기술은 레이더가 해수면 또 해저에서 반사된 시차를 계산하고 해수면과 해저 사이 거리를 바다 깊이로 파악하는 것이다. 하지만 이 방식은 크라켄 바다를 채운 액체 성질과 밀도, 어느 정도 속도로 레이더를 투과할 것인지 등 여러 불확실성을 가정한 뒤 이뤄진 것이다.

이 기술을 이용해 크라켄 바다 북단에 위치한 곳(Moray Sinus) 수심을 측정한 결과 85m였다. 또 레이더 투과율에서 이 부분 해역 70%가 메탄, 질소 16%, 에탄 14%이라는 걸 확인했다. 연구팀은 크라켄 바다 전역에서 성분이 균일하게 분포되어 있을 것으로 보고 있다.

크라켄 바다 중심 깊이도 측정했는데 이 결과도 불확실하지만 카시니가 크라켄 바다에 레이더를 방출했을 때 해저에서 레이더 반사된 흔적이 없을 것으로 봐서 크라켄 바다를 채운 액체가 너무 깊거나 흡수성이 너무 높아서 카시니 레이더가 관통하지 못했을 가능성을 시사하고 있다고 밝혔다. 하지만 만일 크라켄 바다 전역에 액체 성분이 균일하다면 얕은 수심 100m, 깊은 곳은 300m 정도가 아닐까 여겨지고 있다.

앞서 밝혔듯 나사는 타이탄에 잠수함형 탐사선을 보내 원격으로 크라켄 바다 속을 탐사할 계획이다. 이 연구로 크라켄 바다 액체 밀도를 더 정확하게 파악하는 게 가능하게 될 것이며 미래에는 음파 정도를 더 정확하게 조정할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.