NASA가 운영하는 제임스 웹 우주망원경(James Webb Space Telescope, 줄여서 JWST)은 지구밖 궤도에 떠다니는 관측 장비입니다. 용골자리 성운을 찍은 첫 사진을 공개한지 약 1년이 다되어 갑니다. 이제 JWST는 고리형 행성인 토성에 주목합니다. 지난달 25일(현지시간) JWST는 장착된 근적외선 카메라 NIRCam(Near-Infrared Camera)로 토성 촬영에 도전했습니다. 

망원경으로 관측한 적외선 파장에서 토성은 어둡게 보입니다. 행성을 감싼 메탄 가스는 대기권에 닿는 거의 모든 햇빛을 흡수합니다. 행성 고리는 상대적으로 밝아서 어두운 구체와 대비되는 장면을 연출합니다. 

새 토성 사진은 JWST가 보장하는 시간 관측 프로그램 1247 (Webb Guaranteed Time Observation program 1247)의 일부입니다. JWST로 토성 근경을 정밀하게 여러번 촬영했습니다. 토성 위성을 감지하는 역량을 시험하기 위해서 였습니다. 그 결과 새로운 토성 위성들을 찾아낼 수 있었습니다. 

사진에서 토성 고리는 140개가 넘는 위성과 함께 선명하게 보입니다. 토성 고리는 암석과 얼음 조각이 모여서 생성됩니다. 입자 크기는 모래알부터 지구 자연 속 산만한 것까지 다양합니다. JWST가 빛에 더 노출될수록 사진에서도 희미한 고리를 파악해 낼 수 있습니다. E고리와 G고리가 대표적입니다. 연구진은 E 고리에 속해있는 토성 위성 엔셀라두스에서 대규모 입자와 수증기를 내뿜는 현상을 발견한 바 있습니다. 거대한 기둥처럼 분출되어 E 고리를 이루는 재료가 됩니다. 

토성 대기를 세부적으로 보여주는 사진이기도 합니다. 카시니 하위헌스 토성 탐사선이 정교하게 대기를 촬영한 바 있습니다. 하지만 JWST는 3.23미크론 근적외선에서 더 선명한 모습을 수집했습니다. 이번 사진에서 토성 북반구에 있는 거대하고 어두우며 확산하는 물질들은 위도를 따라 이동하지 않았습니다. 그래서 보통 토성 대기층에서 나타나는 줄무늬 모양이 없습니다. 

사진으로 토성에서 북극과 남극을 비교해 행성의 계절 차이를 이해할 수 있습니다. 토성은 북극에서 여름입니다. 반면 남극에서는 겨울이 끝나며 어둠에서 깨어나고 있습니다. 북극은 극지방 대기에 영향을 미치는 모종의 현상으로 인해 유난히 어두운 모습입니다. 

토성은 원반 가장자리로 갈 수록 밝은 형태입니다. 빛이 흡수되고 방출되는 고고도 메탄 형광 현상으로 추정됩니다. 혹은 대기에 포함된 삼수소 이온(H3+)에서 빛이 나오는 것일 수도 있습니다. 두가지 과정이 복합적으로 작용하는 경우도 고려해야 합니다. JWST의 분광기능이 밝은 이유를 말해줄지도 모릅니다.

토성에 관해 새로운 정보를 보여준 사진으로 학자들은 연구할 것입니다. JWST는 앞서 토성을 탐사한 파이오니어 11호, 보이저 1호와 2호, 카시니 우주선과 허블 우주망원경처럼 인류가 우주를 더 이해하게 도와주었습니다.

※이 기사는 popsci.com 원문을 바탕으로 작성됐으며, 번역은 파퓰러사이언스코리아 소속 기자가 도왔습니다.

/ 글 Laura Baisas 기자 & 육지훈 기자