타이탄 (위성)
타이탄() 또는 티탄은 토성의 위성이다. 토성의 위성 중에서 가장 큰 천체로, 태양계 내에서는 목성의 가니메데에 이어 두 번째로 크다. 토성 VI라고 부르기도 한다. 짙은 대기를 가진 유일한 위성이며, 지구처럼 표면에 안정된 상태로 존재하는 액체가 확인된 최초의 천체이다. 대기 구성이 원시지구와 유사하여 다양한 관심을 받고 있다.
타이탄은 토성에서 20번째로 먼 위성이자 구형 외관을 지니는 일정 질량 이상 되는 위성들 중에서는 여섯 번째로 떨어져 있기도 하다. 행성과 비슷한 특징을 지닌 위성으로 자주 기술되는 것처럼 타이탄은 반지름이 달의 약 1.5배이고 질량은 1.8배나 된다. 목성의 가니메데에 이어 태양계에서 두 번째로 큰 위성이며, 크기만으로 따진다면 수성보다 더 크다. (그러나 질량은 수성의 반 정도이다.)
천문학자 크리스티안 하위헌스가 1655년 3월 25일 최초로 발견했다. 당시 타이탄은 토성의 위성들 중 첫 번째로 존재가 증명된 존재였다. 태양계의 위성 중 갈릴레이 위성 다음으로 발견된 첫 천체다. 명칭은 그리스 신화의 타이탄 신족에서 이름을 따왔다. 타이탄 신족은 가이아와 우라노스 사이의 12남매를 지칭한다.
타이탄의 표면은 주로 얼음과 암석으로 이루어져 있다. 타이탄은 짙은 대기로 둘려싸여 있기 때문에, 2004년, 카시니-하위헌스 호가 도착하기 전까지 인류는 타이탄의 표면에 대하여 거의 알지 못했다. 카시니-하위헌스 호의 탐사로부터 탄화 수소로 채워진 호수들이 타이탄의 극지에 존재함을 확인하게 되었다. 표면은 지질학적으로 젊었으며, 산과 얼음 화산으로 보여지는 지형들이 몇몇 관찰되었다. 타이탄의 표면은 전체적으로 평평했으며, 충돌구는 거의 발견되지 않았다.
타이탄의 대기는 대부분 질소로 이루어져 있으며 소량의 메테인과 에테인이 섞여 있다. 타이탄 표면에는 바람과 비 등의 기상 현상이 발생하며, 지구 해변과 비슷한 물결 모양의 지형도 형성되어 있다. 표면 및 지하에 있는 액체 물질 및 질소로 충만한 대기 때문에 타이탄은 온도가 훨씬 더 낮다는 점만 제외하면 마치 원시 지구의 모습과 유사해 보였다. 이 때문에 타이탄은 예전부터 미생물 혹은 적어도 복잡한 유기 화합물 형태의 생명체가 태동할 환경이 형성되어 있을 것으로 믿어져 왔다. 과학자들은 타이탄의 지하에 있는 액체 바다가 생명체가 생겨날 환경을 제공할 가능성이 있다고 주장해 왔다.
타이탄은 외계 미생물이 살 수 있거나 적어도 생명체 이전의 유기 화합물이 풍부한 곳으로 여겨진다. 몇몇 연구자들은 있을지도 모르는 지하의 바다가 생명체의 존재에 적합한 환경을 제공할 수 있다고 주장한다.
반지름은 2575km로 수성과 비슷한 크기이며, 태양계의 위성으로서는 목성의 가니메데에 이어 두 번째로 크다. 위성으로서는 특이하게도 높은 압력의 오렌지색 질소 대기를 가지고 있으며, 그 아래 메테인 또는 에테인 바다가 존재할 가능성도 있다. 이 사실은 1980년, 보이저 1호의 탐사에 의해 밝혀져 한 때 생명이 존재할 가능성이 논의 되기도 했다.
1943년에 대기층이 있다는 것이 알려졌다. 이후 탐사선 보이저에 의해 대략의 모습이 알려졌으나 2004년 카시니-하위헌스 호가 토성을 탐사 하면서 그 부속선인 하위헌스 탐사선이 2005년 1월 14일 타이탄에 착륙해 표면을 조사했다.
타이탄은 토성을 15일 22시간 주기로 1회 공전한다. 지구의 달 및 다른 가스 행성의 위성들 다수와 마찬가지로 타이탄의 공전주기는 1 자전주기와 일치한다. 따라서 타이탄은 한 쪽 면이 토성만을 계속 바라보는, 조석 고정 상태에 있다. 궤도 이심률은 0.0288이며 토성 적도에 대한 궤도경사각은 0.348도이다. 지구에서 보았을 때 타이탄은 토성 시지름의 20배 정도 거리만큼 어머니 행성에서 떨어져 있다(이는 실제 거리로 약 120만 킬로미터에 해당된다). 이는 천구상에서 0.8초각 거리이다.
타이탄은 작고 불규칙한 모양의 또 다른 위성 히페리온과 3:4의 궤도 공명비를 보이고 있다. 모형에 의하면 혼란스러운 궤도로부터 '완만하고 부드러운' 과정을 거쳐 현재의 궤도공명 상태가 이루어진 것으로 보고 있다. 히페리온은 안정적인 공전궤도 선상에서 생겨났을 가능성이 큰데, 타이탄이 히페리온에 가까이 접근하면서 물질들을 빨아들이면서 히페리온의 궤도 역시 타이탄 근처로 이동했을 것으로 보인다.
타이탄의 지름은 5,150 킬로미터로, 행성인 수성의 4,879 킬로미터보다도 더 크다. 1980년 보이저 1호가 타이탄을 방문하기 전까지는 타이탄의 지름이 가니메데보다 더 큰 것으로 여겨졌었다. 이렇게 생각한 이유는 타이탄의 짙고 불투명한 대기가 지표 위로 두껍게 형성되어 있어서 우주에서 보았을 때의 시직경을 증가시켰기 때문이다. 타이탄의 반지름과 질량, 밀도는 목성의 위성 가니메데, 칼리스토와 비슷하다. 1.88g/cm³의 밀도로 보아, 타이탄의 조성물은 반은 물의 얼음이고 나머지 반은 암석 물질로 이루어졌을 것으로 보인다. 조성물의 비율은 토성의 위성인 디오네 및 엔셀라두스와 비슷하지만, 타이탄은 자체 질량이 크기 때문에 중력에 의해 뭉쳐 있어서 이들보다 밀도가 크다.
타이탄의 중심부에는 3,400 킬로미터 직경의 핵이 있으며, 이 위로 여러 다양한 형태의 얼음 결정으로 이루어진, 여러 개의 층이 존재한다. 타이탄의 내부는 아직도 뜨거우며 따라서 물과 암모니아로 이루어진 액체 층이 얼음 I층과 (더 깊은 곳에 있는) 고압력 얼음층 사이에 존재할 것이다. 이런 '바다'의 존재는 최근에 카시니 탐사선이 타이탄 대기의 극저주파(ELF)를 조사한 자료에 의해 밝혀졌다. 타이탄의 표면은 ELF파를 거의 반사하지 않지만, 표면 밑에 있는 액체-얼음 경계면에 의해 극저주파가 반사된 것으로 보인다. 카시니 호가 관측한 표면 지형은 구조적으로 2005년 10월에서 2007년 5월 사이에 30킬로미터 이동했는데 이는 지각이 내부 층과 단절되어 있음을 암시하는 것이며, 내부에 액체 층이 존재할 것이라는 또 다른 단서가 된다.
타이탄의 대기는 질소로 구성되어 있으며 메테인과 에테인의 구름을 가지고 있다. 바람과 강우를 포함한 대기의 작용들이 사구와 호안 같이 지구와 비슷한 지형적 특징을 만들고 있으며, 이들은 역시 지구와 마찬가지로 계절적인 기상 패턴과 관련이 있다. 타이탄은 지구보다 온도가 매우 낮지만, 액체를 가지고 있다는 점과 질소로 된 짙은 대기를 가지고 있기 때문에 원시 지구와 비교되기도 한다.
한편 최근 타이탄에서 원시 생명체가 살고 있는 징후가 포착되었다는 것이 새롭게 주장되었다. 토성탐사선 호이겐스 호가 수집한 자료를 분석한 결과, 수소가 타이탄의 대기에서 하강해 지표면에서 사라지는 모습이 포착됐으며 이는 원시 생명체가 타이탄의 대기를 호흡하고 표면의 물질을 섭취한 결과일 수 있다는 것이다. 타이탄에 흐르는 액체는 물이 아닌 메탄이므로 이곳 생명체는 메탄을 기반으로 살아갈 것으로 추정된다. 질소가 대기의 주성분을 이루고 유기화합물이 존재하는 타이탄은 오래전 부터 과학자들 사이에서 생명체의 존재 가능성에 대해 언급되어 왔다.