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KOREA  ASSOCIATION FOR CREATION RESEARCH

천문학

토성 고리의 두 추가적 연대 문제

미디어위원회
2022-02-17

토성 고리의 두 추가적 연대 문제
(Two More Age Troubles for Saturn’s Rings)

David F. Coppedge


   파괴적인 과정은 토성의 고리가 수십억 년 동안 지속될 수 있었다는 것을 믿기 어렵게 만든다.

  구스타프 홀스트(Gustav Holst, 영국 작곡가)는 토성을 ‘노년의 신(bringer of old age)’이라고 불렀지만, 지금 노화된 것은 토성이 늙었다는 믿음일 것이다. 새로운 두 논문에서 일본 과학자들은 토성의 고리에서 추가적인 붕괴 과정의 발견을 보고하고 있었다.

.2016년 4월 25일 카시니가 촬영한 토성과 그 고리.


열응력에 의한 토성 고리 입자의 붕괴(Hirata et al., Icarus, 19 Feb 2022). 연구자들은 달에서 열응력(thermal stress)이 작동되어 바위를 부수고 먼지로 갈아버린다는 것을 알게 되었고, 그것이 토성의 고리에서도 일어나는지를 살펴보았다.

우주선과 지상관측에 의하면, 토성의 주 고리에 10m 이상의 입자가 없다는 것을 보여준다. 위성이나 혜성의 조석파괴(tidal destruction) 또는 충돌파괴(collisional destruction)가 주 고리의 기원이라고 주장되어왔으나, 얼음과 암석의 높은 기계적 강도 때문에 토성의 조석력만으로는 km 크기의 파편을 m 이하의 입자로 분쇄할 수 없다. 그러면 현재의 토성 고리에 왜 이렇게 큰 입자들이 남아있지 않은가 하는 의문이 생긴다. 매일 그리고 계절에 따른 온도 변화로 인한 열응력은 암석의 풍화작용과 파편화를 일으킬 수 있으며, 달과 지구형 행성에서 먼지 및 표토의 생성에 기여할 수 있는데, 이러한 열응력은 임계 반경보다 작은 입자는 깨트릴 수 없지만, 큰 입자는 깨트릴 수 있다. 본 연구에서는 토성 고리의 입자들에 작용하는 열응력의 역할을 조사했다. 우리는 열응력이 10~20m 이상의 다공성 고리 입자를 분쇄할 수 있다는 것을 발견했는데, 이것은 토성의 고리에 10m 이상의 입자가 없다는 것을 설명할 수 있다. 또한 열응력에 의한 파편화는 천왕성의 ε 고리에 적용할 수 있다.

더 나아가 그들은 큰 암석들을 갖고 있는 태양계 천체는 "엔셀라두스(Enceladus)의 호랑이 줄무늬와 같이, 최근의 지질 활동으로 암석들이 공급되고 있는 지질학적 활발한 지역"에서 발견된다고 말한다. 후속 질문은 왜 엔셀라두스와 같은 작은 천체들이 진화론적 연대로 45억 년 후에도 지질학적으로 활동을 하고 있는 것인가? 라는 것이다. 그러나 그러한 질문은 하지 않는다.

.카시니 우주선은 2017년 9월 15일 토성의 대기권에서 불타서 사라지기 전까지 D 고리와 토성 사이의 틈을 통해 진입하였다.


토성 고리에서 스포크 형성의 메커니즘으로서 차가운 고리 입자로부터 방출되는 먼지(Hirata et al., Icarus, 3 Feb 2022). 같은 주요 저자(Naoyuki Hirata)와 이전 논문의 공동저자는 이달 초 다른 동료와 함께 논문을 작성했다. 1981년 보이저 2호가 처음 발견한 토성의 고리를 가로지르는 예상치 못한 "스포크(spokes, 바퀴살)" 현상은 카시니의 13년간의 궤도 항해 후에도 여전히 충분히 설명되지 않는다. 관찰에 따르면, 고리 입자가 그림자 속에서 나올 때 이 스포크는 나타나지만, 명암경계선 근처의 고리로 퍼져나간다.

정전기 부양(electrostatic levitation)에 대한 가장 일반적인 설명은 "그러한 충전 메커니즘으로 인한 정전기력이 고리 환경에서 먼지 알갱이에 작용하는 응집력보다 훨씬 약하기 때문"이라고 이 팀은 말한다. 또 다른 물리적 과정이 먼지 입자의 부양을 위해 준비되고 있음에 틀림없다.

여기서 우리는 스포크 형성에 대한 새로운 모델을 제안한다. 그곳에서 응집력의 온도 의존성은 필수적 역할을 하고 있다. 60K 이하의 온도에서 고리 입자는 고리의 O2 대기를 흡착하여, 아침 고리에 있는 알갱이들과 입자들 사이의 응집력을 감소시킴으로써, 먼지 입자들이 방출되는 것을 용이하게 한다. 그런 다음, 응집력을 극복하기에 충분한 강한 정전기력이 고리 입자의 표면에 생성되고, 방출된 먼지 입자가 스포크의 구조를 형성한다. 우리 모델은 세로 위치, 수명, 반경 팽창속도, 계절성 등을 포함한 스포크의 관찰 특성을 설명해준다.

2004년(JPL) 카시니는 미약한 토성 고리의 대기에서 대량의 산소를 발견했다. 그것은 아마도 고리 얼음에서 방출되는 수증기의 충돌에서 비롯되었을 것이다. 새로운 연구가 제안한 것처럼, 이 산소들 중 일부는 바퀴살(스포크)을 만드는 먼지의 방출에 참여한다. 그래서 충돌은 산소 대기를 만들뿐만 아니라, 산소는 스포크 입자의 추가적 방출을 야기시키는데, 이것은 이중적 붕괴를 가져온다.

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수십억 년의 태양계 나이를 믿고 있는 사람들은 많은 문제들을 갖고 있는데, 특히 큰 문제 중 하나는 45억 년 동안 토성의 고리를 유지시키는 것이다. 먼지 붕괴(dust disruption)는 고리를 지속적으로 공격하는 한 가지 힘일 뿐이다. 다른 것들로는 미소유성체(micrometeoroids), 충돌확산(collisional spreading), 스퍼터링(sputtering, 원자 규모의 폭격), 가스 끌림(gas drag), 가벼운 압력(포인팅-로버트슨 효과, Poynting-Robertson effect) 등이 있다. 토성의 위성들 또한 수십억 년의 연대에 도전하고 있다. 

카시니 과학자들이 계산한 토성의 고리와 위성들의 나이 상한선은 최대 1억 년, 최저 1천만 년이었다. 45억 년에 비하면 아주 작은 기간이다(아래 그림을 보라).

객관적인 증거들은 토성의 젊은 연대를 가리키고 있다. 수십억 년의 연대를 입증해야하는 부담은 젊은 연대를 믿는 사람들이 아닌, 오래된 연대를 믿는 사람들에게 있는 것이다.


*참조 : 토성의 젊은 고리 문제
http://creation.kr/SolarSystem/?idx=1757538&bmode=view

수명이 짧고 젊은 토성의 고리
http://creation.kr/SolarSystem/?idx=1294126&bmode=view

토성의 고리는 젊지 않고, 매우 젊다.
http://creation.kr/SolarSystem/?idx=1757536&bmode=view

토성 고리의 위성들은 고리의 먼지를 끌어당기고 있었다 : 장구한 연대와 모순되는 토성의 고리와 위성들.
http://creation.kr/SolarSystem/?idx=1828887&bmode=view

현란한 토성의 F 고리
http://creation.kr/YoungEarth/?idx=1289409&bmode=view

카시니는 토성의 E 고리에서 폭발을 관측했다
http://creation.kr/SolarSystem/?idx=1294150&bmode=view

유성체에 폭격당하고 있는 토성의 고리 : 수십억 년의 토성 나이와 조화되지 않는다.
http://creation.kr/SolarSystem/?idx=1294275&bmode=view

토성의 고리를 수십억 년의 연대로 적합 시키기
http://creation.kr/SolarSystem/?idx=1294218&bmode=view

토성의 고리는 젊다는 것이 공식적으로 확정되었다.
http://creation.kr/SolarSystem/?idx=1294338&bmode=view

토성의 위성들은 과학자들을 계속 놀라게 하고 있다 : 레아(Rhea)도 고리를 가지고 있는 듯
http://creation.kr/SolarSystem/?idx=1294227&bmode=view

카시니 데이터는 토성의 젊음을 계속 밝히고 있다.
http://creation.kr/SolarSystem/?idx=1294335&bmode=view

논란은 끝났다 : 토성은 젊다.
http://creation.kr/SolarSystem/?idx=1899022&bmode=view

행성에 관한 의문이 풀렸다 : 토성은 젊다.
http://creation.kr/SolarSystem/?idx=1294238&bmode=view

토성의 위성들을 만든 것도 충돌?
http://creation.kr/SolarSystem/?idx=1294271&bmode=view

토성의 오로라와 자기장 : 젊은 토성과 창조의 증거.
http://creation.kr/YoungEarth/?idx=1289486&bmode=view


출처 : CEH, 2022. 2. 4.
주소 : https://crev.info/2022/02/two-more-age-troubles-for-saturns-rings/

번역 : 미디어위원회



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