토성 위성 타이탄에 사구가 존재하는 이유?

토성 제6 위성인 타이탄은 태양계에서 유일하게 풍부한 대기를 가진 위성이며 지구 이외에 표면에 안정적 액체를 가진 단 하나 뿐인 천체이기도 하다. 일부는 지구와 유사한 특징을 지닌 타이탄에서 원래는 존재할 수 없을 지구와 같은 사구가 존재한다는 수수께끼에 대해 스탠포드대학 행성 지질학 연구팀이 새로운 가설을 제창했다.

타이탄은 주로 얼음과 암석으로 이뤄진 천체이며 질소와 메탄, 에탄으로 이뤄진 진한 대기를 갖고 있다. 또 타이탄에는 지구 물 순환과 비슷한 메탄 순환이 존재하고 액체 메탄 비가 내리며 표면에는 메탄이나 에탄으로 이뤄진 강과 호수가 존재하는 것도 확인되는 등 지구와 비슷한 기상 현상이 존재하는 것도 알려져 있다.

이런 타이탄에는 지구와 같은 모래 언덕도 존재하고 있지만 이 모래 언덕 존재는 과학자에게는 큰 수수께끼였다고 한다. 타이탄은 확실히 지구와 비슷한 특징을 갖고 있지만 물 순환 대신 메탄 순환이 존재하듯 구성 요소에는 차이가 있다. 마찬가지로 지구 모래 언덕은 주로 무기 규산염이 퇴적한 것이지만 타이탄 모래 언덕을 구성하는 건 무리 규산염보다 기계적으로 부서지는 유기 화합물 입자라고 한다.

연구팀은 바람이 입자를 옮길 때 입자는 다른 입자와 타이탄 표면과 충돌하고 이에 의해 입자는 시간에 따라 작아지는 경향이 있다고 지적한다. 타이탄 모래 언덕을 구성하는 입자는 시간이 지남에 따라 마모되어 작아져 마침내 크고 거친 입자를 필요로 하는 모래 언덕과 같은 응집 구조를 유지할 수 없게 될 것이다.

하지만 타이탄 적도 부근에 존재하는 사구는 수만 년에서 수십만 년에 걸쳐 유지되어 왔을 가능성이 높기 때문에 여기에는 지질학적 스케일로 입자 크기를 유지하는 어떤 메커니즘이 존재한다고 추측할 수도 있다. 연구팀은 마모로 인한 입자 크기 감소에 대항하고 시간이 경과해도 안정된 크기를 유지할 수 있는 성장 메커니즘이 우리에겐 없었다고 말한다.

연구팀은 이런 수수께끼를 설명하는 메커니즘을 바하마 주변 등 얕은 열대 해저에서 자주 발견되는 어란석(Ooid)이라는 입자에서 고안했다는 것. 어란석은 둥근 직경 2mm 이하 입자이며 생물 골격 입자와 석영 입자로 이뤄진 핵이 탄산칼슘 등 층으로 덮여 있다.

어란석 특징은 핵 외축에 층을 이루는 물질은 해양 환경에 있어 화학적 침전을 통해 부차간 것이며 시간에 따라 입자가 더 커진다는 점을 들 수 있다. 이 입자 성장 속도와 노출에 의한 입자 침식 속도가 균형을 맞춰 어란석은 일정 기간에 걸쳐 안정적 입자 크기를 유지하고 있다는 것이다.

연구팀 모델링에 따르면 어란석 같은 절차로 타이탄 내 유기 입자 존재를 설명할 수 있다고 한다. 타이탄에선 인접한 유기 입자가 소결되어 한 덩어리가 되어 성정하고 마모에 의한 크기 감소를 상쇄하는 게 아닐까 보고 있는 것이다. 입자 크기를 유지하는 이 메커니즘은 적도 부근 모래 언덕 뿐 아니라 극 부근 지형을 형성하는 데 있어서도 중요하다고 한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.