허블이 포착한 토성 남극의 거대 ‘십각형 파동’

토성 남극 하늘에 거대한 ‘십각형’이 나타났다. NASA 허블우주망원경이 포착한 이 구조는 고체 물체나 행성 표면의 경계선이 아니다. 토성의 강력한 극지 제트기류 안에서 형성된, 10개의 굴곡을 반복하는 대규모 대기파다. 연구진은 이 구조를 ‘데카곤(decagon·십각형)’이라 부른다. 45

지구보다 약간 넓은 10각형 파동

십각형 대기파의 지름은 약 1만 3,000km로 지구보다 약간 크며, 중심은 토성의 남위 약 63도에 있다. 허블의 광시야 카메라 3(Wide Field Camera 3)는 여러 파장에서 이 지역을 관측해, 고도에 따라 구조가 어떻게 보이는지 비교할 수 있게 했다. 34

관측 파장에 따라 십각형이 보이는 위치가 조금씩 달랐다는 점은 중요하다. 이 파동은 대기 상층의 구름 무늬에만 국한되지 않고 여러 대기층에서 확인됐다. 즉, 수직 방향으로도 뻗어 있는 대기 구조라는 증거다. 45

NASA는 이를 토성 남반구에서 처음 관측된, 크고 지속적인 규칙 다각형 패턴으로 설명한다. 수년에 걸친 자료를 비교한 결과, 이 구조의 윤곽은 2023년 이후 한층 뚜렷해졌다. 3

북극 ‘육각형’의 쌍둥이는 아니다

토성 북극에는 오래전부터 유명한 육각형 제트기류 구조가 있다. 이 북극 육각형은 1980년대 초 토성 곁을 지나간 NASA 보이저 탐사선 자료에서 처음 확인됐다. 남극의 십각형은 토성의 반대편 극에서도 거대한 다각형 파동이 만들어질 수 있음을 보여준다. 15

다만 둘을 완전히 같은 현상으로 보기는 이르다. 북극 육각형은 오랫동안 관측돼 온 구조인 반면, 남극 십각형은 최근에야 인식됐고 지금도 변화 중이다. NASA는 두 구조의 차이를 분석하면 극지 제트기류가 왜 서로 다른 파동 패턴으로 안정화되는지 이해하는 데 도움이 될 수 있다고 본다. 35

가려졌던 남극, 그리고 장기 관측 자료

토성 남극은 토성의 계절과 관측 기하 때문에 2012년부터 2023년까지의 겨울 동안 지구에서 관측하기 어려웠다. 이후 관측 조건이 좋아지자 지상 관측자들은 남극 부근 띠에 물결치는 듯한 무늬가 있음을 알아챘다. 아마추어 행성 관측자 트레버 배리와 관련된 이미지도 이 단서에 포함됐고, 연구진은 이를 허블의 장기 관측 자료와 비교해 십각형의 발달 과정을 추적했다. 35

현재 자료는 이 구조가 적어도 2023년에는 이미 존재했으며 이후 더 뚜렷해졌음을 가리킨다. 다만 그 이전의 상당 기간 남극이 관측에서 가려져 있었기 때문에, 정확히 언제 어떤 과정으로 형성됐는지는 직접 보지 못했다. 35

‘열 개의 꼭짓점’이 말해주는 제트기류의 성질

십각형은 토성 남극의 강력한 제트기류 안에 자리한다. 10개의 반복 굴곡이라는 형태는 이 제트기류가 거대한 대기 교란을 흩어지지 않게 붙잡아, 일관된 파동 무늬로 유지할 수 있음을 시사한다. 45

이 기하학적 형태는 토성 대기 순환 모형을 검증하는 중요한 단서다. 다각형 파동은 제트기류의 속도·폭·곡률, 그리고 고도별 거동 같은 조건에 좌우된다. 허블 관측은 단지 특이한 모습을 보여준 데 그치지 않고, 거대 행성의 제트기류가 어떻게 정돈된 구조를 만드는지 설명하는 가설을 시험할 자료를 제공한다. 45

다만 과학자들이 왜 이 파동이 하필 10각형인지, 무엇이 형성을 촉발했는지를 밝혀낸 것은 아니다. 제트기류의 불안정, 더 깊은 대기 역학, 계절 변화 또는 이들의 복합 작용이 원인일 수 있다. 현재로서는 십각형이 실재하며 여러 대기층으로 확장된 구조라는 근거가, 단일한 형성 설명보다 더 확실하다. 35

카시니 자료와 후속 관측이 풀어야 할 문제

NASA의 토성 탐사선 카시니는 토성의 구름, 극지와 제트기류에 관한 장기간의 맥락을 남겼다. 하지만 새롭게 인식된 남극 패턴은 그 이후 관측 기록에서 부각되고 있다. 카시니 시대 자료 및 북극 육각형과 비교하면, 십각형이 새로 만들어진 구조인지, 계절에 따라 되풀이되는 현상인지, 혹은 비교적 짧게 지속되는 배치인지를 가려내는 데 도움이 될 수 있다. 5

앞으로 허블의 지속 관측, 제임스 웹 우주망원경 관측, 대기 모형 연구가 핵심이 될 전망이다. 십각형이 토성 대기 더 깊은 곳까지 이어지는지, 계절에 맞춰 변하는지, 또는 북극 육각형처럼 오래 지속되는 패턴으로 자리 잡는지를 확인할 수 있기 때문이다. 5

지금 확실한 것은 토성 남극에 행성 규모의 10각형 파동이 존재한다는 점이다. 이 발견은 거대 행성의 날씨가 매우 정교한 질서를 보이면서도, 여전히 많은 부분이 미지의 영역임을 다시 보여준다.