- 타이탄의 호수들The lakes of Titan

1655년 네덜란드의 천문학자 크리스티안 호이겐스가 발견한 타이탄은 지금까지 발견된 토성의 수많은 위성들 중에서 가장 크다. 지름이 5,152㎞에 이르는 이 천체는 행성인 수성보다 더 크며, 태양계에서 가니메데 다음으로 큰 위성이다.
우주 시대 이전에는 타이탄에 대해 알려진 것이 거의 없었다. 1906년에 스페인의 천문학자 조셉 코르나스 솔라Josep Cornas Sola는 타이탄의 원반 모서리 주위가 어둡게 보인다고 보고했으며(이는 명백한 대기의 흔적이다), 1944년에는 네덜란드 출신의 미국 천문학자 제러드 카이퍼Gerard Kuiper가 메탄의 특징적인 분광학적 징표를 확인했다. 카이퍼는 그 상당한 중력과 외행성계의 차가운 온도가 결합된 덕분에, 타이탄은 얇은 대기를 보유할 수 있다고 결론지었다.
1980년 토성을 근접비행하던 보이저 1호가 타이탄 가까이 지나가며 보내온 사진들은 타이탄을 둘러싼 미스터리를 증폭시키기만 했다. 타이탄이 균일한 오렌지색 연무에 둘러싸여 있어 그 표면을 관찰할 수 없었기 때문이다. 대기는 카이퍼가 예측했던 것보다 훨씬 두꺼운 것으로 밝혀졌고, 사실상 질소로 가득 차 있으며 메탄은 겨우 1.6%였다(이 정도의 양도 구름을 형성하고 그 대기의 뚜렷한 색을 만들기에 충분한 것으로 여겨진다). 과학자 사회는 20년이 더 지나서야 타이탄의 비밀을 풀기 시작할 수 있었다.

타이탄에 착륙하다

1997년에 발사된 카시니 궤도선에는 타이탄의 연무를 뚫고 그 아래쪽 지면을 볼 수 있는 레이더와 적외선 장치들이 탑재됐다. 또한 유럽에서 만든 착륙선 호이겐스를 탑재했는데, 이 호이겐스는 2005년 1월 타이탄의 구름 속으로 낙하했다. 연무가 걷히면서 전송된 사진들은 부드럽게 풍화된 고원 지역, 삼각주 모양의 유출 지역, 어두운 물결 모양의 언덕으로 뒤덮인 평원을 밝혀냈다. 전반적인 외양은 연안의 섬을 가진 해안가와 유사했지만, 예상과 달리 메탄 비나 눈에 의해 형성된 액체 상태의 호수나 바다의 징후는 없었다.
카시니가 상공에서 중계 역할을 하는 동안 호이겐스는 타이탄 표면으로부터 90분에 걸쳐 데이터를 보내왔다. 그 사진들은 계속되는 땅거미 속에 감추어진 조약돌이 흩뿌려진 듯한 지형을 보여 줬다. 과학자들은 호이겐스가 타이탄에 마지막으로 강이 흘렀을 당시 고원지대로부터 휩쓸려 온 얼음과 바위 잔해들이 있는 강의 삼각주에 착륙했다고 결론지었다.

궤도에서 바라본 광경

호이겐스는 아주 잠시 동안 지면에서 타이탄의 모습을 보내온 반면, 카시니는 수년에 걸쳐 빈번하게 궤도에 접근하면서 사진들을 보내왔다. 특별한 필터를 사용해 연무를 뚫고 본 타이탄에는 지구와 매우 닮은 고지대의 대륙과 저지대의 분지가 있었다. 그 지형은 평탄하고 높낮이가 있는 것처럼 보였는데, 이는 흐르는 강이나 다른 물줄기와 관련 있는 침식작용이 있었음을 나타낸다. 타이탄에는 크레이터가 매우 드문데, 이는 이 지형이 매우 젊고, 비교적 짧은 시간 안에 재포장됨을 나타낸다.
타이탄의 가장 뚜렷한 개별적 특징은 제나두Xanadu인데, 이는 오스트레일리아 크기만 한 거대하고 밝은 지역으로 적도 근처에 위치하고 있다. 다른 곳에는 거대한 모래 언덕의 바다를 나타내는 어두운 조각들이 적도와 평행하게 동서로 놓여 있다. 이 사구들은 느리지만 지속적인 바람에 의해 형성되는데, 이 바람은 타이탄의 무거운 대기가 토성의 조석력에 의해 서로 다른 방향으로 잡아당겨져 만들어진다.
화성에서 메탄이 탐지됐을 때처럼, 타이탄에 메탄이 존재한다는 사실은 흥미로운 질문을 제기했다. 메탄은 대기 중에서 자외선 태양광에 노출되면 파괴돼 화학 스모그를 형성하는 경향이 있으므로 메탄이 존재하려면 얼음 혜성의 충돌, 화산 활동 또는 미생물의 활동 등에 의해 지속적으로 보충돼야 한다.
타이탄의 대기에는 다른 혜성에서 유래한 기체가 없으므로 첫 번째 조건은 배제되고, (비록 타이탄의 대기가 지구의 원시 대기와 매우 유사하다고 하더라도) 표면 온도가 평균 영하 180도인 이곳에 생명체가 존재할 가능성도 희박해 보이나 화산 활동은 가능성이 뚜렷해 보인다. 카시니의 적외선 카메라는 타이탄의 표면과 그 대기에서 용암류와 닮은 나란한 구조의 밝은 고온 점들을 발견했다. 이 밝은 점들은 활동적인 저온의 ‘얼음 화산’을 나타내며, 이곳에서 얼음 상태의 물과 암모니아의 슬러시가 지하 저장고에서 지면으로 흘러나오고 있을지 모른다.
타이탄의 어떤 표면 지형이 1년에 10㎞ 이상 이동하고 있다는 놀라운 사실은, 깊이가 수백㎞에 이르는 유동성 있는 해양층의 존재 가능성을 암시하며, 이것이 타이탄의 내부에서 지각으로 열을 전달하고 있을지도 모른다.

변화하는 기후

카시니호 덕분에 타이탄의 기후에 대한 오랜 이론들이 마침내 옳은 것으로 증명됐다. 타이탄은 지구의 물의 순환과 유사한 메탄 순환을 가진 것으로 보이며, 이 순환에 의해 메탄은 고체, 액체, 기체의 상 사이를 옮겨 다니면서 지형을 평탄하게 하고 모양을 변화시키는 침식을 유발한다. 호이겐스가 최초에 발견했던 건조한 지형은 이 이론에 일격을 가하는 것이었지만, 이후 2005년에 카시니가 타이탄의 남극 주위에서 마른 호수 바닥을 확인했고, 2006년에는 북극에서 레이더를 흡수하는 액체로 가득한 분지를 탐지했다.
타이탄은 지구 시간으로 29.5년에 해당하는 토성의 계절 주기를 공유한다. 타이탄의 따뜻한 지역에서 증발한 메탄은 우세풍에 의해 이동하며, 더 차가운 지역의 표면에 비나 눈으로 내린다. 북쪽에서 호수들이 처음 발견된 이후로, 타이탄의 남극은 여름에서 가을로 변했고, 이 지역의 건조한 호수 바닥은 다시 차오르기 시작했다. 타이탄에 대한 많은 오래된 이론들이 사실로 밝혀졌지만, 이 복잡한 위성은 확실히 훨씬 더 많은 비밀을 감추고 있다.