약한 바람에도 3미터 파도

토성의 위성 타이탄(Titan)에서는 지구에서라면 잔물결 하나 만들지 못할 약한 바람이 높이 3미터(약 10피트)에 달하는 거대한 파도를 일으킬 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 매사추세츠공과대학교(MIT) 연구팀이 개발한 새 파동 예측 모델 'PlanetWaves'를 통해 얻은 결론으로, 관련 연구는 행성 과학계의 주목을 받고 있다.

왜 타이탄 파도가 그토록 클까

핵심은 타이탄의 독특한 물리 환경이다. 타이탄의 중력은 지구의 약 14%에 불과하고, 표면의 액체는 물이 아니라 메탄(methane)과 에탄(ethane) 등 탄화수소(hydrocarbon) 계열의 오일성 물질이다. 영하 179도(섭씨)의 극저온 환경에서만 액체 상태를 유지하는 이 물질들은 밀도가 낮아 바람의 힘에 훨씬 쉽게 반응한다.

연구 주저자이자 MIT 박사 과정 학생인 우나 슈넥(Una Schneck)은 "해안가에 서 있다면 부드러운 미풍만 느끼겠지만, 눈앞에는 거대한 파도가 느린 동작으로 밀려오는 광경을 보게 될 것"이라고 묘사했다. "마치 슬로모션으로 움직이는 큰 파도 같다"는 표현이다.

PlanetWaves, 어떻게 만들어졌나

기존 외계 파동 연구는 해당 천체의 중력만을 변수로 삼아 한계가 뚜렷했다. PlanetWaves는 여기에 대기압, 액체의 밀도·점성·표면 장력까지 반영했다. MIT와 우즈홀 해양연구소(Woods Hole Oceanographic Institution)의 앤드루 애슈턴(Andrew Ashton) 연구원은 "서로 다른 액체, 대기, 중력을 가진 행성에서 파도가 어떻게 거동하는지를 보여줌으로써 직관에 도전한다"고 설명했다.

모델 검증은 미국과 캐나다 국경에 위치한 세계 최대 담수호 슈피리어 호(Lake Superior)에서 20년간 수집된 부표 데이터를 기반으로 이뤄졌다. 실측값과 모델 예측값이 정밀하게 일치하면서 연구팀은 이 모델을 다른 천체에 적용할 자신감을 얻었다.

타이탄이 연구 대상이 된 이유

태양계에서 표면에 액체가 존재한다고 확인된 천체는 타이탄이 유일하다. 카시니-하위헌스(Cassini-Huygens) 탐사 임무를 통해 강과 호수, 바다가 지도화됐지만, 그 액체 표면이 실제로 어떤 모습인지에 대한 직접 관측 데이터는 아직 없다. MIT의 테일러 페론(Taylor Perron) 교수는 "모델이 어떤 파도가 존재할지에 대한 아이디어를 제공해 준다"고 밝혔다.

타이탄의 해안선 미스터리

이번 연구는 타이탄의 지형학적 수수께끼에도 실마리를 제공한다. 지구에서는 강이 해안과 만나는 지점에 삼각주(delta)가 형성되지만, 타이탄에는 강과 해안이 모두 있음에도 삼각주가 거의 관찰되지 않는다. 페론 교수는 "거대한 파도가 삼각주 형성을 방해하는 원인일 수 있다"고 추정했다.

화성과 태양계 너머로 확장

PlanetWaves는 타이탄에만 적용되지 않는다. 연구팀은 수십억 년 전 액체 물이 존재했던 것으로 추정되는 화성에도 모델을 적용했다. 분석에 따르면, 화성이 대기를 잃어가면서 파도를 일으키기 위해 필요한 바람의 세기는 점점 강해졌을 것으로 나타났다. 태양계 밖의 외계 행성으로도 응용 가능성이 열려 있다.

실용적 측면도 있다. 타이탄 호수에 탐사선을 띄우는 계획이 현실화된다면, 파도의 세기를 미리 파악해야 탐사선 설계가 가능하다. 슈넥은 "파도의 에너지를 버텨낼 수 있는 탐사체를 설계하려면 파도의 규모를 아는 것이 필수"라고 강조했다.