새 연구는 목성과 토성이 태양 성운의 붕괴로 시작돼 태양계가 형성되기 시작한 지 400만 년 안에 모습을 갖췄다고 주장한다. - IT/JHUAPL


천문학자들이 새로이 태양계 시간표를 짬으로써 거대 가스 행성인 목성과 토성의 정확한 생년월일을 밝히는 데 한 걸음 더 다가서게 됐다.

46억 년 전쯤, 태양 성운으로 알려진 거대한 수소와 우주먼지 구름이 중력 붕괴로 인해 회전운동을 시작했다. 회전운동의 종착역은 태양의 탄생이었다.

태양을 만들고 남은 물질들은 덩어리져서 행성 등을 만들었다. 이는 중심핵부터 먼저 형성된 다음, 그 중력으로 다른 물질을 끌어모아 천체가 만들어지는 과정인 ‘핵 형성’(core accretion)이라 불리는 상향식(Bottom-up)이다.

이와는 반대로 암석의 핵이 먼저 형성된 다음 그 중력에 의해 주변의 가스를 끌어당겨 행성이 형성됐다는 하향식(Top down)은 행성계 원반의 가스가 밀도가 높아지면서 스스로 중력에 의해 뭉쳐져 가스와 먼지를 흡수하면서 행성이 생성됐다는 가설이다.

새 연구는 목성과 토성이 태양계가 형성되기 시작한 지 400만 년 안에 모습을 갖췄다고 주장한다. 이는 상향식 핵 형성 모델에 힘을 실어주는 것이라고 이번 연구논문의 공동저자인 엔자민 바이스 MIT 행성과학 교수가 우주전문 사이트 스페이스닷컴에 밝혔다.

바이스 교수와 연구논문의 대표저자인 후아페이 왕 MIT 박사후연구원은 앵그라이트로 불리는 고대의 화석 4개에 대한 자기 방향성을 연구했다. 이들 운석은 각각 다른 시간에 우주에서 지구로 떨어진 것으로, 브라질과 아르헨티나, 남극대륙, 그리고 사하라 사막 등지에서 발견된 희귀 운석들이다. 이런 운석은 초기 태양계의 환경을 그대로 담고 있는 우주 암석이다.

이에 대해 바이스 교수는 “태양 성운이 존재했을 때, 상당한 자기장을 형성하고 있었을 것”이라면서 “따라서 이 시기에 생성된 우주 암석에는 자기장의 기록이 남아 있을 것”이라고 설명했다.

어쨌든 연구자들은 380만 년 전에 생성된 4개의 앵그리라이트에서 자화 흔적을 발견할 수 없었다. 이는 곧 태양 성운의 가스와 우주먼지는 그 무렵에는 모두 흩어져버렸음을 뜻하며, 따라서 태양계의 거대 구조 속에서 목성과 토성을 포함한 행성들이 이미 만들어졌다는 것을 말해준다.

바이스 교수는 “태양계는 태양 성운의 가스 성분이 응축돼서 만들어진 것이다. 우리는 태양계의 전신인 태양 성운과 그 자기장에 관한 정확한 시간표를 가지고 있다”면서 “우리는 태양 성운과 자기장이 태양계가 형성되기 시작한 지 380만 년 뒤에는 완전히 사라져버렸다는 사실을 발견했다”고 밝혔다.

세계적 학술지 ‘사이언스’ 2월 9일 자에 발표된 이번 논문은 태양 성운의 생애와 태양계 행성들의 탄생 시점에 대해 더욱 정확한 예측을 하고 있다고 연구자들은 말한다.

왕 연구원은 MIT에서 있었던 기자회견에서 “태양 성운은 생애는 목성과 토성의 형성과 위치에 결정적인 영향을 미쳤다. 그리고 우리들의 고향인 지구를 포함해 다른 행성들도 태양 성운의 생존과 소멸에 크게 영향받았다”고 밝혔다.

사진=IT/JHUAPL

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

서울신문