수년 동안 토성은 불가능한 일을 하는 것처럼 보였다: 자전 속도를 바꾸는 것, 마치 거대한 행성이 비밀리에 올림픽 스피드 스케이팅 예선을 준비하는 것처럼. 그 수수께끼 같은 결과는 과학자들의 머리를 긁적이게 만들었는데, 아마도 무중력 상태에서였을 것이다. 이제 제임스 웹 우주 망원경(JWST)을 사용하는 연구자들은 마침내 그 미스터리를 풀었다고 말하며, 범인은 당연히도 화려한 빛의 쇼다.\n\n《Journal of Geophysical Research: Space Physics》에 발표된 새로운 연구 결과에 따르면, 토성의 북극광은 열, 바람, 전류를 포함하는 강력한 순환을 유도하여 행성이 측정 방식에 따라 다른 속도로 자전하는 것처럼 보이게 만든다. 이 수수께끼는 수십 년 전으로 거슬러 올라가지만, 2004년 NASA의 카시니 호가 토성의 자전 속도가 점차 변하고 있다고 제시하면서 다시 주목받았다. 이는 설명하기 어려운 결과였는데, 행성은 단기간에 자전 속도를 바꾸지 않기 때문이다. 마치 당신의 이모가 파인애플 피자에 대한 의견을 바꾸지 않는 것처럼.\n\n2021년, 노섬브리아 대학의 톰 스탤러드 교수가 이끄는 팀은 다른 설명을 제안했다: 토성의 자전은 실제로 변하지 않았다. 대신, 행성의 북극광과 관련된 전기 신호가 토성 상층 대기의 바람에 영향을 받아, 과학자들이 행성의 자전을 추정하는 데 사용하는 북극광 신호를 바꾸는 전류를 생성했다는 것이다. 그 연구가 오해를 불러일으키는 측정값을 설명했지만, 한 가지 주요 질문이 남았다: 그 대기 바람을 무엇이 유발하는가?\n\n이를 조사하기 위해 스탤러드와 동료들은 제임스 웹 우주 망원경을 사용하여 토성의 북쪽 북극광 지역을 토성의 하루 전체 동안 연속적으로 관찰했다. 팀은 토성 상층 대기에서 형성되어 자연적인 온도 지표 역할을 하는 삼수소 양이온이라는 분자가 방출하는 적외선에 초점을 맞췄다. 그 빛을 분석함으로써, 그들은 토성의 북극광 지역 내 온도와 하전 입자 밀도의 가장 상세한 지도를 만들었다. 정확도 향상은 극적이었다: 이전 측정값은 약 섭씨 50도의 불확실성을 가졌지만, JWST의 관측은 약 10배 더 정밀하여 과학자들이 처음으로 국소적인 가열 및 냉각 패턴을 식별할 수 있었다.\n\n새로운 데이터는 10년 이상 전에 개발된 컴퓨터 모델의 예측과 밀접하게 일치했다. 그러나 모델은 대기 가열의 원인이 가장 강력한 북극광 입자가 토성 대기에 진입하는 위치에 정확히 위치할 때만 작동했다. 결과는 토성의 북극광이 단순히 눈부신 빛의 쇼를 만드는 것 이상을 하고 있음을 나타낸다 — 그것은 본질적으로 행성 열 펌프다. 북극광에 의해 전달된 에너지는 대기의 특정 영역을 가열하여 바람을 생성하고, 그 바람은 전류를 만든다. 그 전류는 북극광 자체에 동력을 공급하여 대기를 계속 가열하고 전체 순환을 유지한다.\n\n수석 연구원인 톰 스탤러드 교수는 "우리가 보고 있는 것은 본질적으로 행성 열 펌프입니다. 토성의 북극광은 대기를 가열하고, 대기는 바람을 유도하며, 바람은 북극광에 동력을 공급하는 전류를 생성하고, 그렇게 계속됩니다. 시스템은 스스로를 유지합니다."라고 말했다. 그는 JWST 덕분에 가능해진 이러한 새로운 관측이 수십 년 동안 과학자들을 괴롭혀 온 미스터리를 해결하는 데 필요한 증거를 마침내 제공한다고 덧붙였다.\n\n이 발견은 단일 행성을 넘어 중요한 의미를 가질 수 있다. 연구자들은 토성의 대기와 자기권(행성의 자기장에 의해 형성된 광대한 우주 영역)이 밀접하게 연결되어 있으며, 대기 활동이 자기권의 조건에 영향을 미치고 자기권이 다시 대기로 에너지를 공급한다는 증거를 발견했다. 이러한 지속적인 교환은 과정이 오랜 기간 동안 안정적으로 유지되는 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있으며, 연구자들에 따르면 유사한 상호 작용이 다른 행성에서도 발생할 수 있다. "행성의 대기 조건이 전류를 우주로 내보낼 수 있다면...