토성의 위성 타이탄

제임스 웹 우주 망원경과 토성

우주 관측소는 토성의 가장 큰 위성인 타이탄을 적외선 시건으로 바라보았다. 그것은 우리 태양계에서 지구보다 약 4배 정도 더 밀도가 높은 대기를 가진 유일한 위성이다. 타이탄의 대기는 질소와 메탄으로 이루어져 있으며, 타이탄은 흐릿한 오렌지색으로 보인다. 이 짙은 안개는 가시광선이 달 표면에서 반사되는 것을 막아 특징을 구별하기 어렵게 만들기도 한다.

제임스 웹 우주 망원경은 처음 타이탄의 북반구에서 밝은 구름을 발견했고, 곧이어 대기에서 두 번째 구름을 발견했다.

더 큰 구름은 달 표면에서 가장 큰 것으로 알려진 메탄의 액체 바다인 크라켄 마레근처의 타이탄 북쪽 극지방 위에 위치했다. 타이탄은 표면에 지구와 같은 액체 상태의 물체를 가지고 있지만, 그것의 강, 호수, 바다는 구름을 형성하고 하늘로부터는 비를 유발하는 액체 상태의 에탄과 메탄으로 이루어져 있다. 또한, 타이탄이 내부에 액체 상태의 물바다를 가지고 있다고 믿고 있다. 구름을 탐지하는 것은 타이탄의 기후에 대한 오랜 예측을 입증하기도 한다. 또한, 후속 관측으로 구름이 움직이거나 모양이 변하는 것을 보고 싶어 했고 이틀 후 다시 관측했을 때 구름도 같은 위치에 있었고 모양은 조금 바뀌어있었다.

이로써, 망원경이 타이탄의 계절별 날씨 패턴을 포착했다는 것을 확인할 수 있었고, 웹의 근적외선 분광기도 지상 관측소에서 볼 수 없는 타이탄의 저층 대기에 대한 데이터를 적외선 파장별로 수집할 수 있게 되었다.

토성과 토성의 위성들을 약 13년간 공전한 카시니 우주선보다 타이탄의 대기와 표면을 더 깊이 들여다 볼 수 있었으며 웹의 관측은 타이탄의 남극 상공에 밝은 특징이 나타나는 원인을 밝혀낼 수도 있다. 하지만, 구름 관측은 오랜 시간이 걸렸고

수년간 웹의 적외선 시력을 이용해 타이탄의 매혹적인 날씨 패턴과 가스 성분을 포함한 대기를 연구했고 표면의 알베도 특징을 연구하기 위해 아지랑이를 통해 볼 수 있기를 기다려왔다. 타이탄의 대기는 메탄 구름과 폭풍뿐만 아니라 타이탄의 과거와 미래에 대해 더 연구할 수 있도록 계획을 세우고 있다.

토성의 위성 타이탄의 대기에서 발견된 분자

토성의 가장 큰 위성인 타이탄은 우리 태양계에서 두꺼운 대기를 가진 유일한 위성이다.

지구 보다 약 4배 정도 더 밀도가 높은 타이탄에서 다른 어떤 대기에서도 발견된 적이 없는 분자를 발견했다.

이 입자는 사이클로프로페닐리덴 또는 C3H2라고 불리며, 탄소와 수소로 이루어져 있다.

이 단순한 탄소 기반 분자는 복잡한 화합물을 생성할 수 있는 화학반응에 기여하는 전구체일 수 있다.

그리고 그 화합물은 타이탄에서 잠재적인 생명체들의 기초가 될 수 있다.

이 분자들은 칠레의 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 배열 망원경을 사용하면서 처음으로 주목받았고, 이 전파 망원경 관측소는 다양한 빛의 신호를 포착하여 타이탄 대기의 독특한 화학 작용 중 분자를 밝혀냈다.

사이클로프로페닐리덴은 위 은하 전역의 다른 곳에서, 주로 황소자리 분자 구름을 포함한 가스와 먼지의 분자 구름에서 발견되었다. 별이 태어나는 이 구름은 황소자리에서 약 400광년 떨어진 곳에 위치해 있다. 

이 구름들의 온도는 너무 추워서 많은 화학반응이 일어날 수 없다. 하지만, 그것을 대기에서 찾는다는 것은 이야기가 다르다. 이 분자는 다른 분자와 충돌하여 새로운 것을 형성할 때 쉽게 반응할 수 있다. 분자가 상호 작용할 수 있는 더 적은 가스를 가지고 있는 타이탄 대기의 상층부를 들여다보고 있었기 때문에 이를 발견할 수 있었다.

이로써 타이탄은 우리 태양계에서 독특하고 새로운 분자들의 보물창고라는 것이 증명되었다.

사이클로프로페닐리덴은 타이탄에서 검출된 두 번째 고리형 또는 폐쇄 루프형 분자이다.

벤젠은 탄소와 수소 원자로 구성된 유가 화합물이다. 지구상에서 벤젠은 원유에서 발견되며 공업용 화학물질로 사용되며 화산과 산불의 여파로 인해 자연적으로 발생한다.

순환 분자는 DNA의 핵염기를 위한 골격 고리를 형성하기 때문에 매우 중요한데 이것의 주기적인 성질을 생물학적으로 중요한 분자들을 만들 수 있게 해주는 화학의 추가적인 분야를 열어준다.

타이탄 탐사

타이탄은 질소와 메탄의 밀도가 높은 대기를 가지고 있어 흐릿한 오렌지색을 띠는데 대기압은 지구보다 60% 더 크며 그것은 수영장 바닥에서 느끼는 압력과 같은 종류의 압력을 행사한다는 것을 의미한다.

햇빛이 타이탄에 닿으면, 대기 중의 메탄과 질소 분자들은 산산조각이 난다. 이러한 타이탄의 독특한 특성 때문에 지구와 비교를 하게 되는데 표면의 온도는 화씨 영하 290도로 너무 추워 바위와 용암이 지구의 특징과 수로를 형성하는 데 도움을 준 방법인 메탄에 의해 강과 호수가 조각이 났다. 또한 지도를 통해 타이탄은 표면에 비가 내리는 평원과 유기 물질의 모래 언덕인 유기 평원으로 대부분 덮여 있다는 것을 발견했다.

우리는 타이탄이 현재 거주할 수 있는 곳인지 알아보기 위해 대기에서 어떤 화합물이 지표면으로 도달하는지, 그 물질이 얼음 지각을 통해 아래 바다로 도달할 수 있는지 알아볼 것이다. 왜냐하면 바다는 거주 가능한 조건이 있을 수도 있기 때문이다. C3H2보다 더 큰 분자를 찾겠지만 복잡한 유기 분자가 형성되고 표면으로 비가 내리도록 이끄는 화학반응을 이해하기 위해서는 대기에서 무슨 일이 일어나고 있는지 알아야 한다.