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토성은 비밀이 많은 행성이다. 아름다운 고리는 물론 타이탄처럼 혼자서 토성 위성 62개 전체 질량의 96%를 차지하는 괴물 같이 큰 위성도 있다(사진 토성 맨 위의 큰 천체). 하지만 모두 어떻게 만들어졌는지 확실히 밝혀지지 않았다.

최근 위성 타이탄이 태양계 형성 초창기에 이웃한 다른 형제 위성과 합쳐지면서 자랐으며 그 ‘찌꺼기’가 나머지 위성이 됐다는 새로운 연구 결과가 나왔다. 에릭 애스포그 미국 UC산타크루즈 천문학 및 천체물리학과 교수팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 토성 위성계의 형성과정 연구 결과를 10월 17일 미국천문학회 행성과학분과에서 발표했다.

연구팀에 따르면, 태초에는 토성의 위성들은 목성의 4대 위성처럼 크기가 비슷했다. 하지만 태양계가 아직 안정화되기 전인 38억 년 전 궤도가 요동을 치며 서로 충돌해 하나의 커다란 위성 타이탄(지름이 달의 약 1.5배)으로 합쳐졌다. 충돌 뒤 남은 찌꺼기는 토성을 벗어나지 못하고 자잘한 위성이 됐는데, 이것이 현재 발견되는 라페투스나 레아, 엔셀라두스, 미마스 등 지름이 300~1500km급인 중간 규모 위성이다. 이들은 크기뿐 아니라 성분도 제각각인데, 이 역시 충돌의 여파다.

연구팀은 목성에서는 왜 토성과 같은 ‘위성 합병’이 일어나지 않았는지도 연구했다. 그 결과 목성은 중력이 더 강력하기 때문에 위성의 궤적이 상대적으로 외부의 영향에 대해 안정적이었다는 사실을 알 수 있었다. 궤도가 불안정해져 서로 충돌하는 일이 적었고, 각 위성 역시 그 크기를 유지했다는 것이다.

이 연구는 ‘네이처’ 10월 17일 온라인 뉴스에 실렸다.