우주 망원경 협업이 밝혀낸 토성의 새로운 얼굴

미국 항공우주국(NASA)이 제임스 웹 우주망원경(JWST)과 허블 우주망원경의 관측 데이터를 결합해 역대 가장 상세한 토성 이미지를 공개했다. 이번 이미지는 적외선, 가시광선, 자외선을 하나의 다층 이미지로 통합해 토성 대기의 입체적 구조를 최초로 규명한 것으로 평가받는다.

NASA 관계자는 "두 망원경을 함께 활용하면 마치 양파 껍질을 벗기듯 토성 대기를 여러 고도에서 '절단'해 볼 수 있다"며 "각 망원경이 토성의 서로 다른 이야기를 전해주고, 이를 종합하면 토성 대기가 하나의 연결된 3차원 시스템으로 어떻게 작동하는지 이해할 수 있다"고 설명했다.

두 망원경이 포착한 서로 다른 토성

허블 망원경은 2024년 8월 '외행성 대기 유산(OPAL)' 프로그램의 일환으로 토성의 구름띠와 대기 변화를 선명한 가시광선으로 촬영했다. 약 14주 후 웹 망원경이 적외선 관측을 수행해 상층 구름 아래 숨겨진 열 패턴과 구조를 드러냈다.

웹 망원경의 적외선 관측에서는 북반구 중위도의 구불구불한 제트기류, 가능성 있는 오로라 활동, 남반구 전역에 흩어진 여러 폭풍이 새롭게 발견됐다. 허블의 가시광 이미지에서는 부드럽게 띠를 이룬 대기가, 웹의 적외선 이미지에서는 더 깊은 대기층의 추가 구조가 각각 확인됐다.

토성의 고리 역시 두 망원경에서 상호 보완적인 모습을 보였다. 물 얼음으로 이뤄진 고리는 허블의 반사광에서 밝고 뚜렷한 구조로 나타났고, 웹의 적외선에서는 더욱 선명하게 빛나며 고리 시스템의 세부 구조가 드러났다. 고리의 '스포크'와 두꺼운 중앙 영역의 구조, 그리고 외곽 고리의 미세한 차이도 두 망원경 비교를 통해 확인됐다.

10년 이상의 장기 관측이 만든 성과

이번 관측은 토성이 북반구 여름에서 2025년 춘분을 향해 이동하는 시기에 이뤄졌다. 토성의 계절은 지구 시간으로 약 7년씩 지속되는데, 이러한 장기적 계절 주기는 대기와 고리의 변화를 해석하는 데 중요한 맥락을 제공한다.

허블의 OPAL 프로그램은 10년 넘게 외행성의 변화를 추적해왔으며, 웹 망원경의 새로운 관측은 이 데이터셋에 다파장 관점을 더해 더욱 폭넓은 이해를 가능케 했다.

NASA는 "웹의 적외선 감도와 허블의 장기 가시광 기록을 통합함으로써 어느 한 망원경만으로는 불가능한, 훨씬 완전한 행성 행동 그림을 구축할 수 있다"고 밝혔다. 이번 성과는 다중 관측소 협업이 행성 과학 연구에서 갖는 잠재력을 다시 한번 입증한 사례로 평가된다.