고대 화성도 토성처럼 고리 가져…달 포보스 고리 '출신'

바깥쪽 위성 데이모스 2도 기울어진 궤도로 근거 제시

화성 탐사 로버 '큐리오시티'가 포착한 화성의 두 위성(달) 앞부분 크게 보이는 것이 안쪽 위성 포보스, 중앙에 작게 보이는 것은 바깥쪽 위성 데이모스다. [ NASA/JPL-Caltech/Malin Space Science Systems/Texas A&M Univ. 제공/ 재판매 및 DB 금지]

(서울=연합뉴스) 엄남석 기자 = '붉은 행성' 화성이 수십억년 전에는 지금의 토성처럼 고리를 갖고 있었다는 연구 결과가 나왔다.

미국 '지적 외계생명체 탐색(SETI) 연구소'의 마티야 추크 박사가 이끄는 연구팀은 화성의 두 위성(달) 중 바깥쪽 궤도에 있는 데이모스의 궤도가 2도가량 기울어져 있는 것은 수십억년 전 고리의 존재를 나타내는 것이라는 논문을 미국천문학회(AAS) 236차 회의에서 발표했다.

이 회의는 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 확산으로 온라인으로 진행됐다.

화성은 포보스와 데이모스 등 작은 두 개의 위성을 갖고 있다. 안쪽 궤도를 도는 포보스는 약 12㎞ 크기로 7시간39분 주기로 돌고있으며 바깥 궤도의 위성인 데이모스는 약 8㎞ 크기로 30시간17분의 공전주기를 갖고있다.

1877년에 처음 발견된 뒤 한동안 인근을 지나던 소행성이 화성의 중력에 붙잡혀 위성이 된 것으로 여겨지기도 했으나 화성 적도 면과 거의 일치하는 궤도를 돌고 있는 것으로 볼 때 화성이 만들어질 때 같이 형성된 것으로 추정되고 있다.

이번 연구는 논문 공동저자로 참여한 퍼듀대학의 데이비드 민튼 교수가 지난 2017년 발표한 논문에서 안쪽 궤도의 위성 포보스가 화성과의 중력작용으로 고도를 잃으며 행성 쪽으로 끌려들어 궁극에는 갈가리 찢겨 고리를 형성하게 될 것이라고 제시한 것이 출발점이 됐다.

당시 화성의 달이 포보스처럼 행성에 다가섰다가 부서져 고리가 되고, 이 물질들이 다시 응집해 이전보다 작은 달이 되는 달~고리 순환 과정이 수십억년에 걸쳐 몇차례 반복됐다고 처음 밝혔는데, 연구팀은 아무도 주목하지 않고 중요하게 여기지 않던 데이모스 위성의 기울어진 궤도를 이용해 이를 입증했다.

태양계에서 가장 뚜렷한 고리를 가진 토성[NASA/JPL/USGS 제공/ 재판매 및 DB 금지]

화성 고리에서 새로 만들어진 달이 바깥쪽으로 이동해야만 3배나 더 긴 주기로 바깥 궤도를 돌던 데이모스와 궤도공명으로 만나 데이모스 궤도에 강한 영향을 줄 수 있는데, 이처럼 안쪽에서 밖으로 밀려난 달이 있다는 것은 화성이 고리를 갖고있었다는 점을 나타낸다는 것이다.

연구팀은 이 달이 현재 포보스의 20배에 달하는 질량을 갖고 있었으며, 약 30억년 전에 존재했던 포보스의 "할아버지 뻘" 천체로 그간 달에서 고리, 다시 달로 이어지는 순환이 두 차례 이상진 것이 현재의 포보스일 수 있다고 밝혔다.

연구팀은 데이모스 위성은 형성된 지 수십억년 된 천체지만 포보스는 2억년 전에 새로 형성됐을 수 있다고 했다.

이번 연구결과가 제시한 이론은 일본우주항공연구개발기구(JAXA)가 2024년 포보스에 우주선을 보내 토양과 암석 샘플을 채취해 지구로 가져오면 검증이 될 것으로 보인다.

추크 박사는 포보스 현장 탐사가 화성의 달이 가진 과거에 관해 확고한 답을 줄 것으로 기대하면서 "이론 계산 전문가로 계산의 결과를 내놓는 것만으로도 좋은데 현실 세계에서 검증을 받는 것은 훨씬 더 좋다"고 했다.

연구팀은 이번 연구결과를 정식출간 전 논문을 수록하는 온라인 저널인 '아카이브'(arXiv.org)를 통해서도 발표했다.

포보스 위성 [NASA 제공/ 재판매 및 DB 금지]