토성에는 왜 고리가 있을까

중력은 물체의 먼 쪽보다 가까운 쪽을 더 세게 끌어당겨요. 보통은 이 차이가 작아서 아무 영향도 주지 않아요. 하지만 거대한 행성 가까이에서는 이 힘이 파편 더미 자체의 중력보다 강해져서, 조각들이 더는 서로 붙지 못해요.

이 경계를 로슈 한계라고 해요. 알려진 행성의 고리는 거의 모두 그 안쪽에 있고, 위성은 바깥쪽에 있어요. 역할이 나뉘는 셈이에요. 경계 바깥에서는 물질이 위성으로 뭉치고, 안쪽에서는 흩어진 상태로 남아요.

그 물질 자체가 어디서 왔는지는 별개의 문제예요. 주요 가설은 두 가지예요. 행성이 만들어질 때 남은 물질이거나, 너무 가까이 다가온 위성 또는 거대한 혜성 같은 천체가 조석력에 의해 찢긴 것이에요.

이 비율은 머릿속으로 상상하기 어려워요. 고리를 축구장 크기로 줄이면 두께가 종이 한 장보다 얇아져요. 그래서 몇 년에 한 번씩 우리가 고리를 옆에서 보게 되면, 고리가 시야에서 그냥 사라져요.

고리는 대부분 물로 된 얼음으로 이루어져 있어요. 먼지 알갱이부터 집만 한 덩어리까지 크기가 다양해요. 얼음은 빛을 잘 반사하기 때문에 고리가 밝게 보여요. 물질의 양은 우주적 기준으로 아주 적지만, 작은 망원경으로도 고리를 볼 수 있어요.

최근 토성 탐사 임무의 측정 결과는 뜻밖의 사실을 가리켰어요. 고리의 질량이 예상보다 작고, 얼음이 지나치게 깨끗하다는 거예요. 고리가 수십억 년 동안 존재했다면 먼지가 이미 고리를 오염시켰을 거예요. 그래서 추정되는 고리의 나이는 행성 자체의 나이보다는 수억 년에 가까워요.

게다가 고리의 물질은 조금씩 행성으로 떨어지고 있어요. 현재 속도라면 앞으로 1억 년은 더 이어질 거라는 추정이 나와요. 수치는 논쟁 중이고 계속 수정되고 있지만, 전체적인 결론은 흥미로워요. 우리는 우연히 고리를 가진 토성을 보고 있는 셈이에요.