목성과 매우 비슷한 토성
칼 세이건Carl Edward Sagan의 『코스모스 Cosmos』(1980) 중에서
토성은 목성보다 약간 작다는 점만 제외하면 물질 조성을 비롯해 여러 가지 측면에서 목성과 매우 비슷합니다. 대략 10시간에 한 번씩 자전하는 다양한 색깔의 고리로 자신의 적도 부분을 아름답게 치장하고 있습니다. 목성도 토성과 마찬가지로 고리를 갖고 있지만, 토성의 고리만큼 두드러지지도 아름답지도 않습니다. 토성의 자기장과 복사 벨트는 목성에 비해 매우 미약한 수준입니다. 하지만 행성 고리만 본다면 토성은 목성에 비해 훨씬 더 훌륭한 장관을 우리에게 제공합니다. 그리고 토성도 열두어 개 이상의 위성을 거느리고 있습니다.
토성의 위성들 중에서 가장 관심을 끄는 것은 타이탄입니다. 타이탄은 태양계 안에 있는 위성들 가운데 가장 거대한 존재로, 있으나마나 한 대기가 아니라 상당 수준의 대기를 실제로 보유한 유일한 위성입니다. 토성에 관해 잘 알게 된 건 1980년 11월 보이저가 토성에 접근한 후였습니다. 타이탄의 표면 기압은 최소한 화성과 비슷한 수준으로 밝혀졌습니다. 타이탄의 평균 밀도가 매우 낮은 것으로 보아 타이탄에는 상당한 양의 H2O 얼음과 메탄을 포함하는 또 다른 종류의 얼음이 존재할 것으로 예상됩니다. 이런 얼음들이 구체적으로 어느 정도의 기체를 공급하는지는 예측할 수 없지만, 내부 열에 기화되면서 대기에 기체를 공급할 것입니다.
망원경을 통해 본 타이탄은 겨우 알아볼 수 있을 정도로 작은 붉은색의 원반 모습을 하고 있습니다. 타이탄을 연구하는 대부분의 학자들은 붉은색의 기원은 복잡한 유기 화합물에서 찾아야 한다는 데 동의합니다. 표면 온도와 기압의 구체적 값은 아직도 논란의 대상으로 남아있지만, 여러 가지 정황에서 온실 효과에 따른 기온 상승이라는 설명을 수용할 수밖에 없습니다.
태양에서 토성까지의 거리는 태양에서 지구까지의 거리의 10배에 달하기 때문에 타이탄이 태양에서 받는 에너지의 양은 지구가 받는 값의 1%밖에 안 됩니다. 따라서 타이탄에서 비록 무시할 수 없을 수준의 온실 효과가 작용한다 하더라도 타이탄의 표면 온도는 섭씨 0도도 안 될 것이 확실합니다. 하지만 이렇게 혹독하게 추운 환경임에도 불구하고 풍부한 양의 유기 물질, 태양에서 오는 복사 에너지의 역할 그리고 활화산 주위에서 예상되는 고온의 상황 등을 고려한다면, 여전히 타이탄에 생명이 있을 가능성을 완전히 배제할 수는 없습니다. 지구와 전혀 다른 환경에 놓여 있는 타이탄에 서식할 수 있는 생물은 물론 지구의 생물과 전혀 다른 형태를 취할 것입니다.
토성의 고리를 구성하는 입자들을 자세히 알아보려면 아주 가까이 접근해야 합니다. 고리의 입자들은 크기가 1m에 불과한 눈덩이나 얼음 조각으로 조그마한 축소판 빙산이 공중에 떠서 빙글빙글 돌고 있다고 생각하면 됩니다. 입자들의 궤도 운동 속도는 시속 7만2천 km이다. 인접한 궤도에서 도는 두 입자는 만났다 헤어지기를 계속합니다. 고리 면의 평균 회전 속도는 초속 20km에 이르는 아주 빠른 속도이지만, 두 인접 입자의 상대 속도, 즉 추월 속도는 아주 느려서 분속으로 고작 수 cm에 불과합니다. 입자들 사이의 중력은 스쳐 지나가는 두 입자를 하나로 모으려 하겠지만, 이 상대 속도 때문에 둘은 헤어질 수밖에 없습니다. 그러나 토성에서 멀리 떨어진 곳에서는 인접한 두 입자 사이의 상대 속도가 무시될 정도로 작습니다.
목성과 마찬가지로 토성에도 자기장이 있습니다. 자기장은 태양에서 방출되는 하전 입자들을 포획하여 가속시킵니다. 이렇게 포획, 가속된 하전 입자는 북극과 남극 사이를 빠른 속도로 왕복합니다. 그런데 적도 부근에 고리 면이 펼쳐져 있으므로, 왕복 운동을 하던 하전 입자, 즉 양성자와 전자 등은 고리 면의 얼음이나 눈덩이들에 흡수되고 맙니다. 따라서 목성이나 토성의 고리가 복사 벨트의 일부를 제거하는 역할을 합니다.
태양풍은 토성 궤도 저 바깥으로, 즉 태양계의 외곽지대로 나가면서 그 세력이 점점 약해집니다.