두 우주망원경이 포착한 토성의 새로운 얼굴

NASA의 제임스 웹 우주망원경(JWST)과 허블 우주망원경이 협력해 토성의 새로운 이미지를 공개했다. 두 망원경은 서로 다른 파장의 빛을 관측해 토성 대기에 대한 보다 풍부하고 다층적인 이해를 과학자들에게 제공하고 있다.

허블은 토성의 띠 모양 구름과 연무에서 반사되는 태양빛을 포착해 미묘한 색상 변화를 드러냈다. 반면 웹의 적외선 관측은 깊은 구름층부터 희박한 상층 대기까지 다양한 깊이의 구름과 화학물질을 감지했다. 과학자들은 이를 통해 토성 대기를 마치 양파 껍질을 벗기듯 여러 고도에서 효과적으로 '절단'해 분석할 수 있게 됐다.

웹과 허블이 각각 보여주는 토성의 이야기

이번 관측에서 포착된 주요 특징 중 하나는 '리본 웨이브(ribbon wave)'로 알려진 장수명 제트기류다. 이 기류는 북반구 중위도를 가로지르며 구불구불하게 흐르는데, 육안으로는 감지되지 않는 대기파의 영향을 받는다.

그 아래에는 2010년에서 2012년 사이 발생한 '대봄폭풍(Great Springtime Storm)'의 잔재가 작은 점 형태로 남아 있다. 웹의 이미지에서는 토성 남반구에 흩어진 여러 다른 폭풍들도 관측됐다. 이러한 특징들은 가시적인 구름층 아래의 강력한 바람과 파도에 의해 형성되며, 토성을 극한 조건에서 유체역학을 연구하는 자연 실험실로 만들어준다.

1981년 발견된 육각형 제트기류의 마지막 고해상도 모습

1981년 NASA의 보이저 우주선이 발견한 토성 북극의 상징적인 육각형 제트기류의 뾰족한 모서리 일부가 두 이미지에서 희미하게 보인다. 수십 년간 지속되는 이 현상은 태양계에서 가장 흥미로운 기상 패턴 중 하나로 남아 있으며, 거대 행성의 특정 대규모 대기 과정이 얼마나 안정적인지를 보여준다.

과학자들은 이번 관측이 2040년대까지 이 유명한 육각형을 고해상도로 볼 수 있는 마지막 기회가 될 것으로 보고 있다. 북극이 겨울에 접어들면서 향후 15년간 어둠 속에 잠기기 때문이다.

적외선이 밝혀낸 토성 극지방의 비밀

웹의 적외선 관측에서 토성의 극지방은 뚜렷한 회록색을 띠며, 4.3마이크론 파장의 빛을 방출하는 것으로 나타났다. 이 특징은 토성 대기의 고고도 에어로졸 층이 해당 위도에서 빛을 다르게 산란시키기 때문일 수 있다. 또 다른 가능성은 오로라 활동으로, 행성의 자기장과 상호작용하는 하전 분자가 극지 근처에서 빛나는 방출을 일으킬 수 있다.

NASA의 허블과 웹은 이미 토성의 오로라를 탐사했으며, 목성의 장엄한 오로라에 대한 통찰도 제공했다. 또한 2011년 허블이 처음 포착한 천왕성의 오로라를 확인하고, 웹으로 해왕성의 오로라를 최초로 감지하는 성과도 거뒀다.

얼음으로 빛나는 토성의 고리

웹의 적외선 이미지에서 토성의 고리는 매우 밝게 빛난다. 고반사성 물 얼음으로 구성되어 있기 때문이다. 두 이미지 모두 고리의 태양을 향한 면을 보여주는데, 허블 이미지에서는 고리 아래 행성 표면에 그림자가 보인다.

스포크와 B 고리(고리의 두꺼운 중앙 영역) 구조 같은 미묘한 고리 특징도 두 망원경 사이에서 다르게 나타난다. 가장 바깥쪽 고리인 F 고리는 웹 이미지에서 얇고 선명하게 보이지만, 허블 이미지에서는 희미하게 빛날 뿐이다.

허블 이미지는 2024년 8월 10년 이상 진행 중인 'OPAL(외행성 대기 레거시)' 모니터링 프로그램의 일환으로 촬영됐다. 웹 이미지는 몇 달 후 관장 재량 시간을 활용해 촬영됐다. 두 관측은 1997년부터 2017년까지 토성계를 연구한 NASA의 카시니 궤도선의 이전 관측을 보완한다.