토성의 가장 거대한 고리를 발견하다.

2020. 1. 25. 23:153. 천문뉴스/JPL Photo Journal

이 뉴스는 11년 전인 2009년 10월에 발표된 뉴스입니다.

2020년 1월, NASA Solar System Exploration( https://solarsystem.nasa.gov)사이트에서 발표된 '스피처 우주망원경이 말해 준 태양계의 10가지 비밀 ' 뉴스에서 이 뉴스가 첫 번째 뉴스로 꼽혀 오래된 내용이지만 이곳에 상세 내용을 포스팅하였습니다. (역자 주)

 

 

Image credit: NASA/JPL-Caltech/Keck

그림 1> 이 그림은 2009년 10월 7일 발표된 토성의 새로운 고리를 그린 상상화이다. 

          이 고리는 토성의 여러 고리들 중 가장 거대한 규모를 자랑한다. 

          이 고리는 스피처우주망원경에 의해 발견되었다. 

 

NASA 스피처 우주망원경을 통해 토성 주위를 휘감고 있는 거대한 고리가 새로 발견되었다. 

이 고리는 토성이 가지고 있는 고리 중 가장 거대한 규모를 자랑하고 있다. 

이 고리는 토성계를 구성하는 천체들 중 토성으로부터 가장 멀리 떨어져 있으며 공전 궤도면은 토성 주요 고리의 공전 궤도면에 대해서 27도 기울어져 있다. 

이 고리를 구성하고 있는 물질들은 토성으로부터 600만 킬로미터 떨어진 지점에서 시작하여 1,200만 킬로미터 지점까지 분포하고 있다. 

 

토성으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 토성의 달인 포이베(Phoebe)가 바로 이 고리 내에서 공전궤도를 유지하고 있는데 이 위성이 이번에 발견된 고리에 물질을 제공하는 원천으로 추정되고 있다. 

이번에 새로 발견된 고리는 매우 두껍기도 한데 그 두께는 토성 직경의 20배에 이른다. 

따라서 이 고리가 차지하고 있는 영역은 지구 10억 개가 들어찰 수 있을 정도로 방대하다.

 

버지니아 대학의 천문학자 앤 버비서(Anne Verbiscer)의 설명은 다음과 같다.

"이건 정말 놀라운 고리입니다. 

 만약 우리가 이 고리를 눈으로 볼 수 있다면 이 고리는 달 두 개를 연결해 놓은 폭(1도)으로 하늘을 가로지르며 토성을 감싸고 있었을 것입니다."

 

버비서와 메릴랜드 대학의 더글러스 해밀턴(Douglas Hamilton), 버지니아 대학의 마이클 스크러츠키(Michael Skrutskie)는 2009년 10월 7일 네이처 온라인판에 발표된 이번 발견을 다룬 논문의 공동저자이다. 

 

매우 희박한 이 고리는 매우 자잘한 얼음과 먼지 알갱이로 구성되어 있다. 

스피처우주망원경의 적외선 탐사 능력은 차가운 먼지에서 나오는 복사를 잡아낼 수 있었다. 

스피처 우주망원경은 2003년 발사되었으며 현재 지구로부터 1억 700만 킬로미터 거리에서 태양 주위를 공전하고 있다. 

 

이번 발견은 토성의 위성 중 하나인 이아페투스가 생성된 지 얼마나 됐는지에 대한 의문을 해소해 줄 수 있을 것으로 보인다. 

이아페투스는 괴상한 외형을 가지고 있다. 

한쪽 측면은 매우 밝지만 다른 한쪽 측면은 매우 어둡다. 

그 모습이 마치 태극문양을 닮았다. 

이아페투스가 처음 발견된 것은 1671년 지오반니 카시니(Giovanni Cassini)에 의해서이다. 

그로부터 몇 년 후 이 위성이 어두운 측면을 가지고 있다는 것이 밝혀졌고 이 어두운 측면에는 카시니의 업적을 기려 '카시니 리지오(Cassini Regio)'라는 이름이 붙여져 있다. 

 

NASA의 카시니호가 촬영한 이아페투스의 고화질 사진은 다음 링크를 참고하라. 

 

이번에 새로 발견된 고리는 카시니 리지오가 어떻게 그처럼 검은 지역이 되었는지를 설명해 줄 여지가 있다. 

이 고리는 포이베와 같은 방향으로 공전하고 있다. 

반면 토성의 다른 고리들과 대부분의 위성들은 서로 반대 방향으로 돌고 있다.  

과학자들에 따르면 먼지가 가득한 검은 물질들이 이 고리로부터 토성 쪽으로 추락하면서 마치 방풍유리에 부딪혀버린 벌레들처럼 안쪽에 있는 이아페투스에 쌓이게 되었다는 것이다. 

 

해밀턴의 설명은 다음과 같다.

"천문학자들은 오랫동안 토성에서 멀리 떨어져 있는 위성인 포이베와 그 안쪽에 있는 이아페투스에 쌓여 있는 검은 물질 간에 연관관계가 있을 것으로 추정해 왔습니다. 이번에 발견된 고리는 이러한 연관관계에 더더욱 신빙성 있는 증거를 제공해 주고 있습니다."

  

버비서와 그녀의 동료들은 다중대역영상광도계(the multiband imaging photometer)라는 이름으로 불리는 스피처우주망원경의 장파장 적외선 카메라를 이용하여 토성으로부터 상당히 멀리 떨어져있는 지역과 포이베의 공전궤도에서 약간 안쪽을 살펴보았다. 

천문학자들은 포이베가 아주 작은 천체와 충돌이 있는 것을 보고는 직감적으로 포이베가 먼지띠 안을 돌고 있을 가능성이 있다는 것을 알았다. 

이러한 과정은 행성형 잔해로 구성된 먼지 원반을 두르고 있는 별 주위에서 일어나는 일과 아주 동일하다. 

과학자들은 스피처우주망원경이 획득한 데이터를 보았을 때, 단 한 번만에 바깥으로 밀쳐지고 있는 먼지 대역을 알아볼 수 있었다. 

 

이 고리는 가시광선 대역의 관측 망원경으로는 포착하기가 매우 어렵다.  

이 고리를 구성하는 입자들은 매우 넓게 퍼져 있다. 

고리에서 물질들이 뭉쳐 있는 부분을 훨씬 뛰어넘어 토성쪽으로, 그리고 우주공간 쪽으로도 넓게 퍼져 있는 것이다. 

따라서 이 고리에는 상대적으로 입자 수가 적고 그래서 가시광선 대역에서 충분히 관측 가능할만한 양의 반사가 일어나지 않고 있다. 

더더군다나 토성이 있는 곳에는 유입되는 태양 빛도 대단히 약하다. 

버비서는 이 고리의 입자들이 서로 너무나 널찍널찍하게 떨어져 있어 심지어 그 고리 안에 서 있다 하더라도 우리가 고리 가운데 있다는 것을 알 수 없을 것이라고 말했다. 

 

하지만 스피처 우주망원경은 차가운 먼지에서 발생하는 복사도 탐지해낼 수 있다. 

이 고리의 온도는 영하 193도밖에 되지 않는다. 

아무리 차가운 물체들이라도 적외선에서는 복사를 방출한다. 

예를 들어 아이스크림을 담은 컵도 적외선에서는 빛을 뿜어낸다. 

버비서는 차가운 먼지에서 방출되는 빛을 감지할 수 있는 스피처 우주망원경을 이용하여 이 고리를 대단히 쉽게 찾을 수 있었다고 말했다. 

 

이번 관측은 2009년 5월 중 냉각을 모두 마치고 이른바 '웜미션(warm mission)이 시작되기 전에 진행되었다. 

 

출처 : NASA 제트추진연구소(JPL, Jet Propulsion Laboratory) News Release 2009년 10월 6일.

       https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2009-150

 

참고 : 토성과 토성의 달에 대한 다양한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.    
         https://big-crunch.tistory.com/12346948

 

원문>

NEWS | OCTOBER 6, 2009

NASA Space Telescope Discovers Largest Ring Around Saturn

This artist's conception shows a nearly invisible ring around Saturn - the largest of the giant planet's many rings. It was discovered by NASA's Spitzer Space Telescope. Image credit: NASA/JPL-Caltech/Keck

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PASADENA, Calif. -- NASA's Spitzer Space Telescope has discovered an enormous ring around Saturn -- by far the largest of the giant planet's many rings.

The new belt lies at the far reaches of the Saturnian system, with an orbit tilted 27 degrees from the main ring plane. The bulk of its material starts about six million kilometers (3.7 million miles) away from the planet and extends outward roughly another 12 million kilometers (7.4 million miles). one of Saturn's farthest moons, Phoebe, circles within the newfound ring, and is likely the source of its material.

Saturn's newest halo is thick, too -- its vertical height is about 20 times the diameter of the planet. It would take about one billion Earths stacked together to fill the ring.

"This is one supersized ring," said Anne Verbiscer, an astronomer at the University of Virginia, Charlottesville. "If you could see the ring, it would span the width of two full moons' worth of sky, one on either side of Saturn." Verbiscer; Douglas Hamilton of the University of Maryland, College Park; and Michael Skrutskie, of the University of Virginia, Charlottesville, are authors of a paper about the discovery to be published online tomorrow by the journal Nature.

An artist's concept of the newfound ring is online at http://www.nasa.gov/mission_pages/spitzer/multimedia/spitzer-20091007a.html .

The ring itself is tenuous, made up of a thin array of ice and dust particles. Spitzer's infrared eyes were able to spot the glow of the band's cool dust. The telescope, launched in 2003, is currently 107 million kilometers (66 million miles) from Earth in orbit around the sun.

The discovery may help solve an age-old riddle of one of Saturn's moons. Iapetus has a strange appearance -- one side is bright and the other is really dark, in a pattern that resembles the yin-yang symbol. The astronomer Giovanni Cassini first spotted the moon in 1671, and years later figured out it has a dark side, now named Cassini Regio in his honor. A stunning picture of Iapetus taken by NASA's Cassini spacecraft is online at http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA08384 .

Saturn's newest addition could explain how Cassini Regio came to be. The ring is circling in the same direction as Phoebe, while Iapetus, the other rings and most of Saturn's moons are all going the opposite way. According to the scientists, some of the dark and dusty material from the outer ring moves inward toward Iapetus, slamming the icy moon like bugs on a windshield.

"Astronomers have long suspected that there is a connection between Saturn's outer moon Phoebe and the dark material on Iapetus," said Hamilton. "This new ring provides convincing evidence of that relationship."

Verbiscer and her colleagues used Spitzer's longer-wavelength infrared camera, called the multiband imaging photometer, to scan through a patch of sky far from Saturn and a bit inside Phoebe's orbit. The astronomers had a hunch that Phoebe might be circling around in a belt of dust kicked up from its minor collisions with comets -- a process similar to that around stars with dusty disks of planetary debris. Sure enough, when the scientists took a first look at their Spitzer data, a band of dust jumped out.

The ring would be difficult to see with visible-light telescopes. Its particles are diffuse and may even extend beyond the bulk of the ring material all the way in to Saturn and all the way out to interplanetary space. The relatively small numbers of particles in the ring wouldn't reflect much visible light, especially out at Saturn where sunlight is weak.

"The particles are so far apart that if you were to stand in the ring, you wouldn't even know it," said Verbiscer.

Spitzer was able to sense the glow of the cool dust, which is only about 80 Kelvin (minus 316 degrees Fahrenheit). Cool objects shine with infrared, or thermal radiation; for example, even a cup of ice cream is blazing with infrared light. "By focusing on the glow of the ring's cool dust, Spitzer made it easy to find," said Verbiscer.

These observations were made before Spitzer ran out of coolant in May and began its "warm" mission.

NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif., manages the Spitzer Space Telescope mission for NASA's Science Mission Directorate, Washington. Science operations are conducted at the Spitzer Science Center at the California Institute of Technology, also in Pasadena. Caltech manages JPL for NASA. The multiband imaging photometer for Spitzer was built by Ball Aerospace Corporation, Boulder, Colo., and the University of Arizona, Tucson. Its principal investigator is George Rieke of the University of Arizona.

For additional images relating to the ring discovery and more information about Spitzer, visit http://www.spitzer.caltech.edu and http://www.nasa.gov/spitzer .

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