[과학 이야기] 토성 고리·위성, 지구와 같은 물 가져

토성의 고리와 위성에 있는 물은 지구와 같은 종류인 것으로 나타났다. 다만 토성의 9번째 위성으로 가장 바깥에 있는 '포이베(Phoebe)'의 물은 전혀 달라 태양계 외곽 먼 곳에서 형성된 뒤 토성에 붙잡혀 있는 것으로 밝혀졌다.

비영리 연구단체인 '행성과학연구소(PSI)' 수석과학자 로저 클라크 박사가 이끄는 연구팀은 다른 행성의 물과 이산화탄소의 동위원소 비율을 측정하는 방법을 통해 토성 고리와 위성의 물이 예상 밖으로 지구의 물과 같다는 사실을 밝혀냈다.

동위원소는 원자 핵의 양성자 수는 같지만 중성자 수에 따라 달라진다. 중성자가 추가되면 원소의 질량이 늘어나고 이런 작은 변화는 행성이나 위성, 달의 형성에도 차이를 가져오게 된다.

물(H2O) 분자의 경우 수소 원자 2개와 산소 원자 1개가 결합해 만들어지는데, 수소 원자에 중성자가 결합하면 중수소(듀테륨ㆍD)가 되고 물 분자의 질량도 약 5%가량 증가하게 된다.

연구팀은 멀리 떨어져 있는 천체의 수소 원자 대비 중수소(D/H) 비율을 측정하는 방식을 이용해 토성과 위성에 발견되는 물의 특성을 분석했다.

현재 태양계 형성 모델은 D/H 비율이 태양계 안쪽보다는 바깥쪽이 훨씬 높은 것으로 설명하고 있다. 일부 모델은 토성의 D/H 비율이 지구보다 10배가량 높을 것으로 예측하기도 한다.

그러나 이번 연구 결과에서는 포이베 위성을 제외한 토성의 고리와 위성은 이 모델에 부합하지 않는 것으로 나타났다.