목차
● 토성의 위성 타이탄
● 타이탄의 공전과 자전
● 타이탄의 대기와 생명체 존재 가능성
토성의 위성 타이탄
타이탄(Titan)은 토성의 위성입니다. 토성의 위성중 가장 큰 천체로, 태양계 내에서 목성의 가니메데에 이어서 두 번째로 큰 위성입니다. 짙은 대기를 가진 유일한 위성이고, 지구처럼 표면에 안정된 상태로 존재하는 액체가 확인된 최초의 천체입니다. 대기 구성이 원시지구와 유사해 다양한 관심을 받고 있습니다.
타이탄은 토성에서 20번째로 먼 위성이자 구형 외관을 지니는 일정 질량 이상되는 위성들 중 여섯 번째로 떨어져 있기도 합니다. 행성과 비슷한 특징을 지니고 있는 위성으로 자주 언급되는 것처럼 타이탄은 반지름이 달의 약 1.5배이며 질량은 1.8배나 됩니다. 목성의 가니메데에 이어서 태양계에서 두 번째로 큰 위성이고, 크기만으로 따진다면 수성보다도 더 큽니다. 그러나 질량은 수성의 반 정도입니다.
천문학자 크리스티안 하위헌스가 1655년 3월 25일 최초로 발견했습니다. 당시에 타이탄은 토성의 위성들 중 첫 번째로 존재가 증명된 위성이었습니다. 태양계의 위성 중 갈릴레이 위성 다음으로 발견된 첫 천체입니다. 명칭은 그리스 신화의 타이탄 신족에서 이름을 따왔습니다. 타이탄 신족은 가이아와 우라노스 사이의 12남매를 지칭합니다.
타이탄의 표면은 얼음과 암석으로 이루어져 있습니다. 타이탄은 짙은 대기로 둘러싸여 있기 때문에 2004년 카시니-하위헌스 호가 도착하기 전까지 인류는 타이탄의 표면에 대하여 거의 알지 못하였습니다. 카시니-하위헌스 호의 탐사로 탄화수소로 채워진 호수들이 타이탄의 극지에 존재한다는 것을 확인하게 되었습니다. 표면은 지질학적으로 젊고, 산과 얼음 화산으로 보이는 지형들이 관찰되었습니다. 타이탄의 표면은 전체적으로 평평했으며, 충돌구는 거의 발견되지 않았습니다.
타이탄의 대기는 대부분 질소로 이루어져 있고 소량의 메테인과 에테인이 섞여있습니다. 타이탄 표면에는 바람과 비 등의 기상 현상이 발생하고, 지구의 해변과 비슷한 물결 모양의 지형으로 형성되어 있습니다. 표면 및 지하에 있는 액체 물질 및 질소로 충만한 대기 때문에 타이탄은 온도가 훨씬 더 낮다는 점만 제외하면 원시 지구의 모습과 매우 유사해 보였습니다. 이로 인해 타이탄은 예전부터 미생물 또는 복잡한 유기 화합물 형태의 생명체가 태동할 환경이 형성되어 있을 것으로 믿어져 왔습니다. 과학자들은 타이탄의 지하에 있는 액체 바다가 생명체가 생겨날 수 있는 환경을 제공할 가능성이 있다고 주장해 왔습니다.
타이탄의 공전과 자전
타이탄은 토성을 15일 22시간 주기로 1회 공전합니다. 지구의 달 및 다른 가스형 행성의 위성들 다수와 마찬가지로 타이탄의 공전주기는 1 자전주기와 일치합니다. 따라서 타이탄은 한쪽면이 토성만을 계속해서 바라보는 조석 고정 상태에 있습니다. 궤도 이심률은 0.0288이고, 토성 적도에 대한 궤도경사각은 0.348도입니다. 지구에서 보았을 때 타이탄은 토성 지름의 20배 정도의 거리만큼 어머니 행성에서 떨어져 있습니다. 이는 천구상에서 1.8 초각의 거리입니다.
타이탄은 작고 불규칙한 모양의 또 다른 위성인 히페리온과 3:4의 궤도 공명비율을 보이고 있습니다. 모형에 의하면 혼란스러운 궤도로부터 완만하고 부드러운 과정을 거쳐서 현재의 궤도공명 상태가 이루어진 것으로 보고 있습니다. 히페리온은 안정적인 공전궤도 선상에서 생겨났을 가능성이 큽니다. 타이탄은 히페리온에 가까이 접근하면서 물질들을 빨아들이면서 히페리온의 궤도 역시 타이탄의 근처로 이동했을 것으로 보입니다.
타이탄의 중심부에는 3,400km 직경의 핵이 있고, 그 위로 여러 다양한 형태의 얼음 결정으로 이루어져 있는 여러 개의 층이 존재합니다. 타이탄의 내부는 아직도 뜨겁고 따라서 물과 암모니아로 이루어진 더 깊은 곳에 있는 얼음층과 고압력 얼음층 사이에 존재할 것입니다. 이러한 바다의 존재는 최근에 카시니 탐사선이 타이탄 대기의 극저주파를 조사한 자료에 의하여 밝혀졌습니다. 타이탄의 표면은 극저주파를 거의 반사하지 않지만, 표면 밑에 있는 액체-얼음 경계면에 의하여 극저주파가 반사된 것으로 보입니다. 카시니 호가 관측한 표면 지형은 구조적으로 2005년 10월에서 2007년 5월 사이에 30km 이동했는데 이는 지각이 내부층과 단절되어 있음을 의미하는 것이며 내부에 액체층이 존재할 것이라는 또 다른 단서가 됩니다.
타이탄의 대기와 생명체 존재 가능성
타이탄의 대기는 질소로 구성되어 있으며 메테인과 에테인의 구름을 가지고 있습니다. 바람과 강우를 포함한 대기의 작용들이 사구와 호안 같이 지구와 비슷한 지형적 특징을 만들고 있고, 이것들은 지구와 마찬가지로 계절적인 기상 패턴과 관련이 있습니다. 타이탄은 지구보다 온도가 매우 낮지만 액체를 가지고 있다는 점과 질소로 된 짙은 대기를 가지고 있기 때문에 원시 지구와 비교되기도 합니다.
한편 최근에는 타이탄에서 원시 생명체가 살고 있다는 징후가 포착되었다는 것이 새롭게 주장되고 있습니다. 토성 탐사선 호이겐스 호가 수집한 자료를 분석한 결과, 수소가 타이탄의 대기에서 하강하여 지표면에서 사라지는 모습이 포착되었으며 이것은 원시 생명체가 타이탄의 대기를 호흡하고 표면의 물질을 섭취한 결과일 수 있다는 것입니다. 타이탄에 흐르는 액체는 물이 아니라 메탄이므로 이곳의 생명체는 메탄을 기반으로 살아갈 것으로 추정하고 있습니다. 질소가 대기의 주성분을 이루고 유기화합물이 존재하는 타이탄은 오래전부터 과학자들 사이에서 생명체의 존재 가능성에 대하여 언급되어 왔습니다.