타이탄(Titan)
0. 목차
- 타이탄(Titan)
- '타이탄'의 대기 구조
- '타이탄'의 표면
- '카시니호'와 '하위헌스호'
- 타이탄을 테라포밍할 수 있는가?
- 타이탄은 미래에 '중간 급유지'의 역할을 할 가능성이 높다.
1. 타이탄(Titan)
- 지름: 약 5150km
- 토성으로부터의 거리: 약 122만 km
- 발견 연도: 1655년
토성의 위성 가운데 가장 주목받는 위성은 토성의 최대 위성인 '타이탄(Titan)'이다. '타이탄(Titan)'은 목성의 위성인 '가니메데(Ganymede)'에 이어 태양계에서 두 번째로 큰 위성이다. 토성의 위성 '타이탄'은 네덜란드의 천문학자 '크리스티안 하위헌스(Christiaan Huygens, 1629~1695)'가 처음 발견하였다. 처음에는 단지 존재만이 알려져 있었지만, 19세기에 들어 태양계에서 수많은 위성들이 발견되면서, 독일 출신의 영국의 천문학자 '허셜(Herschel)'의 제안에 따라 1848년부터 이름을 갖게 되었다. '타이탄'이라는 이름은 신화 속 거인족에서 따온 것으로, 당시에는 타이탄이 태양계의 위성 가운데 가장 큰 것이라고 생각되었기 때문에 이런 이름이 붙었다.
2. '타이탄'의 대기 구조
타이탄은 태양계의 위성 중에서 유일하게 짙은 대기를 가지고 있는 위성이다. 두꺼운 대기가 존재하는 유일한 위성이기도 하다. 그래서 천문학자들은 초기 탐사선이 촬여한 '타이탄' 사진을 보고 크게 실망했다. 두꺼운 대기에 가려서 표면이 전혀 보이지 않았기 때문이다.
표면 기압은 지구의 1.45배 정도이다. 대기의 주 성분은 질소이며, 질소가 대기의 주성분을 이루고 있는 것은 태양계에서 타이탄과 지구뿐이다. 타이탄의 대기 중에는 질소 외에도, 두 번째로 많은 분자인 '메테인(CH4)' 그리고 '에테인(C2H6)', '에틸렌(CH2)', '일산화탄소(CO)', '이산화탄소(CO2)' 등의 탄소 화합물과 수증기가 있다는 사실이 확인되었다. '메테인'은 지구의 물과 같이 기체, 액체, 얼음 상태로 그 형태를 달리하면서 대기와 지표면을 순환하고 있다.
타이탄 대기 상층부에서 '질소 분자(N2)'와 '메테인(CH4)'은 태양으로부터 오는 자외선에 의해 연속적으로 분해되고 재결합되길 반복하면서, '아세틸렌(Acetylene)', 프로페인(C3H8)', '시안화수소(HCN)' 같은 다양한 탄화수소화합물과 '나이트릴'을 만들어 낸다. '나이트릴(Nitrile)'이란 탄화수소 또는 그 유도체의 탄소 원자에 '사이아노기(-C≡N)'이 직접 결합한 화합물의 총칭을 일컫는다. 이런 물질들이 또 먼지 등과 결합하면, '연무(Haze)'로 성장하게 된다. 탄소 화합물과 물은 생명체의 재료가 되므로, 이들 물질이 있다는 것은 타이탄에서 생명의 존재에 기대를 하게 한다.
2-1. 연무(Haze)
타이탄 대기의 가장 큰 특징 가운데 하나는 타이탄 전체를 뒤덮고 있는 황토색 '연무(Haze)'이다. '연무(Haze)'란 대기 중에 연기나 먼지 등 미세한 입자가 떠 있어서 공기의 색이 우윳빛으로 부옇게 보이는 현상으로, 연기와 안개 등을 아울러 가리킨다. 연무는 매우 작은 입자가 고르게 분포하며, 구름보다는 가시거리가 길다. 지구의 경우와 비교하면, 구름과 안개의 중간 정도로, 한국의 봄철에 나타나는 황사 정도와 비슷하다고 볼 수 있다. 미국의 천문학자 '칼 세이건(Carl Edward Sagan, 1934~1996)'은 연무를 구성하는 미지의 물질을 '톨린(Tholin)'이라고 이름 붙였으며, 오늘날에는 '톨린'이 다양한 탄화수소 화합물과 미세한 먼지 입자의 집합체로 이뤄져 있다는 사실이 밝혀졌다.
3. '타이탄'의 표면
타이탄의 표면에는 산과 강, 호수, 암석 등이 있으며, 아랍의 사막에서 볼 수 있는 물결치는 듯한 모습을 지형도 보인다. 다만, 이러한 물결 모양의 지형을 이루는 주요 성분은 지구의 모래와는 달리, 짙은 색의 탄화수소 입자로 뒤덮인 얼음인 것으로 추측된다. 이런 입자는 대기 상층부에서부터 연무 입자들처럼 생성되고 하강하다가 비가 되어 표면에 내릴 것으로 생각된다.
강과 호수의 주요 성분은 액체 상태의 '메테인'과 '에테인'이다. 아래의 그림은 탐사선 '카시니-하위헌스 호'의 마이크로파 관측에 의해 제시된 '타이탄(Titan)'의 지표면이다. 그 결과, 액체 '메테인(CH4)'과 액체 '에테인(C2H6)'이 흐르는 강을 확인할 수 있었다. 강이 호수로 흘러듦으로 인해, 지표면을 침식하는 모습도 볼 수 있다. 아래의 그림에 나타난 'Vid Flumina'라고 이름 붙여진 이 강의 탄화수소는 타이탄에서 두 번째로 큰 탄화수소 바다인 '리게이아 마레(Ligeia Mare)'로 흘러 들어간다.
4. '카시니호'와 '하위헌스호'
타이탄에 관한 정보를 최초로 보내온 탐사선은 1997년에 발사된 '카시니호(Casini)'였다. 연료가 플루토늄이라는 이유로 발사 전에 수많은 항의와 법정 소송에 휘말리는 등 우여곡절을 겪었지만, 어쨌거나 카시니호는 2004년에 도달했다. 그리고 '카시니호'는 가시광선이 아닌 레이더를 이용하여 타이탄의 표면을 촬영하는 데 성공했다. 2005년에는 '하위헌스 탐사선(Huygens Probe)'이 타이탄에 착륙하여 근접 사진을 보내왔는데, 거기에는 연못, 호수, 얼음, 광할한 육지가 선명하게 드러나 있었다.
과학자들은 '카시니호'와 '하위헌스호'가 보내온 데이터를 종합하여 '타이탄(Titan)'의 지도를 작성했다. 타이탄의 대기는 질소가 대부분이며, 표면 곳곳에는 '에테인(Ethane)'과 '메테인(Methane)'으로 가득한 호수가 자리 잡고 있다. '에테인'은 가연성이 강하여 아주 작은 불꽃에도 쉽게 폭발한다. 이런 호수가 사방에 널려 있으니 불지옥을 방불케 할 것 같지만, 타이탄의 대기에는 산소가 없고 기온도 -180℃를 밑돌기 때문에 폭발 자체가 불가능하다. 그래서 미래의 우주인들이 얼음에서 산소와 수소를 분리한 후, 산소에 메테인을 섞어서 유용한 에너지를 생산하면, 전초기지에 충분한 양의 전기와 난방을 공급할 수 있다.
5. 타이탄을 테라포밍 할 수 있는가?
토성의 위성 중 하나인 '타이탄(Titan)'도 유인 탐사 대상으로 떠오르고 있다. 물론 타이탄을 테라포밍에 성공한다 해도 화성만큼 인구밀도가 높지는 않겠지만, 일단 생존 가능성이 있으니 관심을 가져볼 만하다. 그런데 사실 타이탄은 테라포밍이 불가능할지도 모른다. 초기 에너지 생산에 성공한다고 해도, 태양과의 거리가 너무 멀어서 자발적 온실효과를 일으킬 수 없기 때문이다. 그리고 타이탄의 대기에는 이미 다량의 메테인이 함유되어 있는데, 거기에 메테인을 추가했을 때 온실효과가 제대로 일어날지도 의문스럽다. 이쯤 되면 타이탄의 테라포밍을 회의적으로 생각하는 사람도 있을 것이다. 일단 긍정적인 면과 부정적인 면을 모두 살펴보자.
타이탄에는 대기가 있고, 대기압도 지구의 1.45배로 약간의 장비만 있으면 견딜만하다. 또 타이탄은 태양계에서 사람이 우주복을 벗었을 때 금방 죽지 않는 몇 안 되는 천체 가운데 하나이다. 편하게 숨을 쉬려면 산소호흡기가 있어야겠지만, 피가 끓거나 몸이 으스러지는 불상사는 일어나지 않는다. (기압이 낮은 곳에 노출되면, 물이 끓는 점이 내려가 피가 끓기 시작한다.)
무엇보다 춥고 어두운 것이 문제이다. 타이탄에 도달하는 태양에너지는 지구의 0.1%에 불과하여, 에너지로 사용하기에는 턱없이 부족하다. 따라서 전기와 난방을 공급하려면 별도의 발전기를 쉬지 않고 가동해야 한다. 또한 타이탄의 표면은 꽁꽁 얼어붙어 있고, 대기에는 산소와 이산화탄소가 거의 없어서 동물과 식물에게 매우 불리하다. 이곳에서 작물을 키우려면 농지를 실내에 조성하거나 지하로 내려가야 하는데, 이런 변칙 농업으로는 대량생산이 불가능하므로 많은 인구를 먹여살릴 수 없다.
지구와의 통신도 불편하다. 타이탄에서 송출된 라디오 신호가 지구에 도달하려면 몇 시간이 걸린다. 또한 타이탄의 중력은 지구의 15%에 불과하기 때문에, 근육과 뼈를 유지하려면 매일 쉬지 않고 운동을 해야 한다. 그러나 이런 곳에 장시간 머물다 보면 결국 체형이 변할 것이고, 육체적으로 나약해진 거주민들은 지구로 돌아가기를 원치 않을지도 모른다. 이런 식으로 오랜 시간이 지나면 타이탄 사람들은 육체적, 감정적으로 지구인과 격리되어 지구와의 교류를 거부하고 자신들만의 세계에서 살아갈지도 모른다.
6. 타이탄은 미래에 '중간 급유지'의 역할을 할 가능성이 높다.
굳이 '타이탄(Titan)'에서 살겠다면 불가능할 것도 없겠지만, 안락한 삶을 누리기는 쉽지 않을 것으로 보인다. 여러 가지 정황을 고려해 볼 때, 타이탄이 대규모 거주지로 개발될 가능성은 낮다고 생각된다. 그러나 타이탄은 우주개발에 필요한 연료와 자재를 보급하는 중간기지로 활용할 만하다. 타이탄의 메테인을 화성으로 가져가서 테라포밍에 사용하거나, 여행 중인 우주선에 연료를 공급하여 더욱 먼 우주로 진출할 수도 있다. 또는 얼음을 녹이고 정화하여 식용으로 쓰거나, 산소를 추출하여 호흡용 및 연료로 쓰는 것도 가능하다. 타이탄은 중력이 약하기 때문에 이착륙이 쉽다는 장점도 있다. 결론적으로 말해서 타이탄은 우주여행에 반드시 필요한 '중간 급유지'의 역할을 하게 될 가능성이 크다.
타이탄에 영구 기지를 건설하려면 어떻게 해야 할까? 한 가지 방법은 표면에서 철광석을 비롯한 값진 광물을 채굴하는 것이다. 타이탄의 성분은 아직 정확하게 밝혀지지 않았지만, 다른 소행성이 그렇듯 값진 광물을 다량 함유하고 있을 것이다. 그러나 타이탄의 광물을 지구로 가져오는 것은 별로 좋지 못한 것 가타. 거리가 너무 멀어서 이익을 창출하기 어렵기 때문이다. 그보다는 타이탄에서 채굴한 원자재로 기지를 건설하느 편이 바람직할 것이다.