[뉴스] 목성에는 핵이 없다 > 행 성

최근 미국 항공우주국(NASA)의 토성탐사선 카시니호가 토성의 대기에서 번개를 관측하고 연분홍, 회색, 엹은 갈색인 토성 고리의 모습을 담은 천연색 사진을 전송하는 등 베일에 싸인 항성의 실체가 조금씩 분석되고 있다.


이런 가운데 최근 미 천체물리학회지(Astrophysical Journal)에 실린 목성과 토성의 내부 구조와 형성의 기원에 대한 연구 결과는 목성과 토성 연구의 새로운 과제를 던져주고 있다.




목성과 토성의 내부 구조는 다르다=로스 알라모스 국립연구소의 디디어 소몬 연구팀은 그동안 집적된 두 행성에 대한 자료와 실험실에서의 실험을 바탕으로 목성과 토성에 대한 연구를 진행했다. 5만 가지의 내부 구조 모델을 설정하고 두 행성 내에서 일어나는 정도의 극심한 압력 하에서 어떻게 반응하는지를 시뮬레이션한 것. 연구팀은 이같은 시뮬레이션을 통해 토성은 거대한 핵을 갖고 있지만 목성에는 핵이 없다는 결론을 얻었다.




연구팀은 “토성에는 비중이 큰 물질이 거대한 핵 속에 집중된 반면 같은 물질들이 목성에서는 아주 극소량의 핵 또는 중심의 핵이 전혀 없이 전체적으로 혼재돼 있다”고 밝혔다.




토성과 목성은 70% 정도는 수소로, 나머지 대부분은 헬륨으로 구성돼 있다. 기타 비중이 큰 구성 물질로는 철, 실리콘, 탄소, 질소, 산소가 존재한다. 이 때문에 두 행성이 내부 구조도 유사하고 형성 과정도 크게 다르지 않을 것이란 인식이 많았다.




◆목성-그동안의 가설=거대 행성의 형성에 관한 선도적인 가설은 지구 질량 몇 배의 바위와 얼음으로 이루어진 핵이 성장하는 것과 관계한다. 일단 핵이 커지면, 이 핵은 태양이 형성된 뒤 남겨진 수소와 다른 물질을 모으며 가스를 집적시킬 수 있다는 설명이다.

그러나 문제점이 있다. 거대한 가스 덩어리를 형성하는 데 수백만 년이 걸리지만, 다른 항성의 시스템을 관찰해 보면 새로 태어난 항성 주위를 돌고 있는 가스는 그만큼의 긴 시간 동안 주변에 머물지 않는다.





◇목성

이에 대한 다른 견해는 거대한 가스 덩어리가 하나의 무리를 이룬 가스로부터 붕괴돼 나왔다는 것이다. 이 경우 목성과 같은 행성의 기원은 1000년 정도. 그러나 이 이론은 일부 학자들이 주장하는 소수설이다.




◆중력 붕괴에 무게=목성에 핵이 없다는 데 대한 답은 천체가 중력 작용으로 수축해 가는 현상인 ‘중력붕괴’(gravitational collapse)로 풀어간다.




연구팀은 이렇게 추론한다. 질량이 지구의 318배(토성은 지구 질량의 95배)인 목성의 핵은 형성 당시 강한 압력을 받아 액체로 녹았을 것으로 생각한다. 여기서 목성이 가스를 아주 빠르게 빨아들였다면, 그 힘은 핵 혼합을 유도할 정도로 강력했을 것으로 연구팀은 보고 있다.



이 결과는 어디까지나 시뮬레이션인 만큼 앞으로 많은 관찰과 연구가 필요하다. 토성 탐사에 나선 카시니호가 앞으로 토성의 핵에 관한 구체적인 정보를 전송, 연구팀의 시뮬레이션 결과를 증명할 수 있을지 자못 궁금해진다.










신동주기자/ranger@segye.com

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