고대의 우주 충돌이 토성의 고리와 타이탄을 형성했을 수 있다

미국 - 이크바리 뉴스 통신사

고대의 우주 충돌이 토성의 고리와 타이탄을 형성했을 수 있다

우리 태양계의 고리 보석인 토성은 불가사의한 특징으로 과학자들을 계속해서 매료시키고 있습니다. 모든 행성이 독특한 신비를 제시하는 동안, 토성의 장엄한 고리 시스템과 274개의 확인된 위성은 이를 행성 탐사를 위한 주요 목표로 만듭니다. 끊임없는 질문은 이 고리의 기원과 행성의 수많은 위성과의 연결이었습니다. 널리 퍼진 이론은 고리가 고대 위성 충돌의 잔해이거나 토성에 너무 가까이 다가갔다가 엄청난 중력에 의해 산산조각 난 위성에서 방출된 물질일 수 있다고 제안합니다.

이 계속되는 탐구에 대한 새롭고 중요한 관점은 행성 과학 저널에 발표될 예정인 최근 연구에서 비롯됩니다. "두 단계 토성계 불안정에서의 하이페리온 및 토성 고리의 기원"(Origin of Hyperion and Saturn's Rings in A Two-Stage Saturnian System Instability)라는 제목의 이 논문은 SETI 연구소의 마티아 추크(Matija Ćuk)가 이끄는 새로운 설득력 있는 가설을 제시합니다. 이 연구는 현재 arxiv.org에서 확인할 수 있습니다.

저자들은 "고리의 나이와 토성의 일부 위성들은 열린 질문이며, 여러 증거들이 과거 위성들의 파괴와 관련된 최근(수억 년 전)의 재앙을 가리키고 있다"고 말합니다. 그들의 연구는 토성의 가장 큰 위성이자 태양계에서 두 번째로 큰 위성인 타이탄이 토성계 진화의 핵심 동인이라고 가정합니다. 타이탄의 지속적인 조석 이동은 토성계 전체에 강력한 영향을 미칩니다. 연구원들은 "토성의 경사와 작은 위성 하이페리온의 궤도는 모두 타이탄의 과거 궤도 진화의 기록으로 작용한다"고 언급합니다.

토성의 약 26.7도의 축 기울기는 특히 이례적입니다. 일반적으로 거대한 가스 행성은 훨씬 더 작은 기울기로 형성될 것으로 예상되는데, 이는 이 경사를 부여한 중요한 과거 사건을 시사합니다. 새로운 연구는 이 경사가 실제로 타이탄의 외부 이동과 관련이 있을 수 있다고 제안합니다. 저자들은 "토성의 경사는 아마도 행성과의 장기적인 자전-궤도 공명에 의해 생성되었을 것이며, 하이페리온은 타이탄과의 평균 운동 공명에 갇혀 있으며, 이 두 현상은 타이탄의 궤도 팽창에 의해 추진된다"고 설명합니다.

이전의 가설들은 토성의 초기 역사에 추가적인 위성이 존재한다고 가정했습니다. 이 시나리오에서, 이 가상의 위성은 거대한 타이탄과 근접 조우를 겪고, 궤도에서 방출된 후, 토성의 고리를 형성하기 위해 분해되었을 것입니다. 이 가능성을 조사하기 위해 연구원들은 정교한 시뮬레이션을 사용했습니다. 그들의 목표는 추가 위성이 실제로 토성에 충분히 가까이 다가가 고리를 형성할 수 있는지 여부를 테스트하는 것이었습니다. 이 팀은 그들의 연구 결과가 토성 고리의 놀랍도록 젊은 나이, 이아페투스 위성의 이상한 기울기(토성의 적도면에 대해 약 15도 기울어짐), 그리고 타이탄의 비정상적인 이동 속도 및 표면의 충돌 분화구 부족을 포함하여 토성계에 대한 수많은 오래된 수수께끼를 해결할 수 있다고 믿습니다.

여기서 위성 하이페리온이 등장합니다. 하이페리온 자체는 이례적입니다. 그것은 구형에 도달하지 못한 가장 큰 알려진 천체 중 하나이며, 종종 호두 모양으로 묘사되는 불규칙한 모양을 가지고 있습니다. 이아페투스 또한 특이한 적도 능선과 뚜렷하게 대조되는 밝고 어두운 반구로 유명하지만, 그 모양도 호두 모양으로 묘사되었습니다.

수석 저자인 추크는 보도 자료에서 "토성의 주요 위성 중 가장 작은 하이페리온은 우리에게 이 시스템의 역사에 대한 가장 중요한 단서를 제공했다"고 말했습니다. "추가 위성이 불안정해진 시뮬레이션에서 하이페리온은 종종 손실되었고 드문 경우에만 살아남았습니다. 우리는 타이탄-하이페리온 잠금이 비교적 젊고, 불과 수억 년 전이라는 것을 깨달았습니다. 이는 추가 위성이 사라진 시기와 거의 같은 시기입니다. 아마도 하이페리온은 이 격변에서 살아남지 못했지만 결과적으로 생성되었을 것입니다. 만약 추가 위성이 타이탄과 합쳐졌다면, 그것은 아마도 타이탄의 궤도 근처에 파편을 생성했을 것입니다. 바로 그곳에서 하이페리온이 형성되었을 것입니다.”

시뮬레이션 결과에 따르면, 토성의 다른 행성과의 자전-궤도 공명이 방해를 받았을 때 하이페리온도 형성되었습니다. 연구원들은 "원시 하이페리온(proto-Hyperion)"이라고 불리는 이 추가 위성이 중간 크기의 외부 위성이었다고 가정합니다. 토성의 자전-궤도 공명 방해는 원시 하이페리온을 불안정하게 만들어 약 4억 년 전 원시 타이탄과 충돌하게 만들었습니다.

이 거대한 충돌에서 나온 파편의 일부는 하이페리온에 축적되어 잠재적으로 불규칙한 모양을 설명합니다. 또한, 충돌 전 원시 하이페리온의 중력 섭동은 이아페투스의 궤도 경사를 설명하고 타이탄의 궤도 이심률을 증가시켰을 수 있습니다. 이는 일련의 사건을 촉발했습니다. 타이탄이 "원시 디오네(Proto-Dione)" 및 "원시 레아(Proto-Rhea)"와 같은 내부 위성과 공명 상호작용을 하면서 불안정성, 추가 충돌, 그리고 토성의 내부 위성과 장엄한 고리의 최종 재축적을 초래했습니다. 파편의 대부분은 위성으로 응축되었고, 더 적은 비율은 고리를 형성했습니다.

원시 타이탄과 원시 하이페리온의 제안된 합병은 타이탄에 상당한 충돌 분화구가 없는 이유에 대한 설명도 제공합니다. 타이탄의 고대 기원에도 불구하고, 이 이론에 따르면 그 표면은 많은 충돌 분화구를 축적하기에는 너무 젊습니다.

토성계의 이미지는 역동적인 진화의 감각을 전달합니다. 연구원들의 새로운 모델은 시스템의 가장 흥미로운 특징 중 많은 것을 우아하게 설명하는 일관된 타임라인을 제시합니다. 설명된 사건은 수억 년 전에 일어났고 직접적인 확인은 어렵지만, 이 연구는 태양계에서 가장 매혹적인 세계 중 하나의 역사를 이해하는 강력한 새로운 틀을 제공합니다.

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