토성 남극의 10각형 폭풍, 수년간 숨어 있다가 지금은 점점 커지고 있다

토성의 남극에서 이 행성에서 전에 본 적 없는 현상이 벌어지고 있다: 기하학적 폭풍이 형성되고 있는 것이다. 이 폭풍은 10개의 변을 가지고 있다. 토성의 강력한 대기 제트 기류 중 하나 안에 자리 잡고 있으며, 마치 자로 그린 다각형처럼 고정된 형태를 띠고 있다. 그리고 꾸준히 강해지고 있다. 과학자들은 이를 10각형(decagon)이라고 명명했으며, 허블 관측 데이터를 통해 수년간 추적해왔지만, 아직 그 존재 이유를 설명하지 못하고 있다.

이 발견이 놀라운 이유 중 하나는 그것이 연상시키는 것이 있기 때문이다. 토성의 북극은 이미 6각형(hexagon)으로 유명하다. 최소 40년 동안 변하지 않고 지속된 6면 폭풍이다. 보이저는 1980년대에 이를 촬영했고, 카시니는 13년 동안 연구했다. 이는 태양계에서 가장 인상적인 기하학적 구조 중 하나이며, 그동안의 가정은 토성 북극 제트 기류의 어떤 매우 특별한 점이 그것을 예외적으로 만들었다는 것이었다. 남극의 10각형은 이제 조용히 그 가정을 폐기했다.

같은 행성의 반대 극에 있는 두 개의 기하학적 폭풍, 각각 다른 변의 수를 가지고 있다. 무슨 일이 일어나고 있든, 그것은 우연이 아니다.

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허블이 10각형 형성을 포착한 방법

허블 우주 망원경은 외행성 대기 유산(OPAL) 프로그램을 통해 10년 넘게 매년 외태양계를 모니터링해왔다. 2023년, 이 프로그램의 토성 남극 이미지에서 10개의 꼭짓점을 가진 형태의 희미한 흔적이 나타났다. 잡음으로 읽힐 만큼 미미했지만, 계속 지켜볼 만큼 흥미로웠다. 지상 관측자들은 2024년 토성 남반구 대기에서 물결치는 띠를 독자적으로 관찰했다. 2025년 8월과 9월이 되자 그 패턴은 명백하고 완전히 형성된 10각형으로 드러났다: 10개의 직선 변, 10개의 모서리, 토성 남극에서 꾸준히 회전하고 있다.

이 연구는 스페인 바스크 대학교(University of the Basque Country)의 아구스틴 산체스-라베가(Agustín Sánchez-Lavega)가 주도했으며, 나사 고다드 우주비행센터(NASA’s Goddard Space Flight Center)의 에이미 사이먼(Amy Simon)과 행성 가상 천문대 연구소(Planetary Virtual Observatory Laboratory) 팀이 함께 참여했다. Science Advances에 발표된 이 분석은 10각형이 표면 구름 패턴이 아니라 토성 대기의 여러 층에 걸쳐 확장된, 깊고 수직으로 구조화된 특징이며 해당 위도의 제트 기류 내에 고정되어 있음을 확인했다.

“토성의 남반구에서는 이런 것을 본 적이 없습니다,”라고 사이먼은 말했다. “이 특징은 다릅니다. 강해지고 있는 것으로 보입니다.”

6각형과 10각형: 두 극, 두 숫자

토성 북극의 6각형은 6면이며 남극의 10각형보다 약간 작은 것으로 보인다. 40년간의 관측 기간 동안 본질적으로 안정적으로 유지되었다—같은 모양, 같은 위치, 같은 회전. 이 안정성을 평범하다고 여기는 행성 과학자는 없다. 각각 7년 동안 지속되는 계절을 견디고, 가장 가까이서 연구한 우주선이 사라진 후에도 지속되는 특징은 태양계에서 가장 내구성 있는 구조 중 하나로 명성을 얻었다.

남극의 10각형은 그 반대다: 갓 태어났고, 활발히 강해지고 있으며, 6면이 아닌 10면이다. 두 구조 모두 제트 기류 내에서 형성된다—토성의 고정된 위도를 도는 고속의 바람 강이다. 제트 기류와 대기 파동의 상호작용은 이들을 반복되는 기하학적 패턴에 가둘 수 있으며, 이것이 두 다각형이 형성되는 방식으로 널리 알려져 있다. 변의 수는 파동 주파수를 반영한다. 북극에서는 6, 남극에서는 10. 같은 행성의 다른 극에서 왜 다른 숫자가 나타나는지는 어느 팀도 아직 답할 수 없는 질문이다.

고려 중인 가능한 설명으로는 두 극 사이의 위도 차이, 남반구와 북반구 위도에서의 토성 배경 바람 구조 차이, 그리고 남극 근처의 고압 소용돌이가 파동을 10점 공명으로 밀어넣고 있을 가능성 등이 있다. 세 가지 모두 여전히 추측에 불과하다. 논문은 어느 하나를 지지하지 않는다.

왜 형성되었는가—그리고 왜 아무도 모르는가

이 이야기의 핵심에는 관측 공백이 있다. 토성의 남극은 2010년대 대부분 동안 지구에서 멀어져 기울어져 있었고, 2012년부터 2023년까지 사실상 보이지 않았다. 남반구에 대한 마지막 상세 관측은 카시니가 제공했으며, 카시니는 2017년 9월 의도적으로 토성 대기로 진입해 파괴되었다. 그 이후로 어떤 우주선도 이 행성을 가까이서 관측하지 못했다.

이는 10각형이 거의 확실히 2017년에서 2023년 사이에 형성되었음을 의미하며, 지구 기반 망원경으로는 볼 수 없고 궤도 관측 장비도 존재하지 않았던 기간이다. 과학자들은 그 탄생을 거슬러 추적할 수 없다. 지금의 모습은 알지만, 무엇이 촉발했는지, 얼마나 빨리 나타났는지는 알지 못한다.

“가장 흥미로운 점은 이것이 최근에 형성된 것 같다는 것입니다,”라고 사이먼은 말했다. “문제는 왜 지금 갑자기 형성되었는가입니다.”

한계는 현실적이다. 허블은 외부 대기를 놀라운 선명도로 이미징할 수 있지만, 깊이에서의 바람 온도와 속도—제안된 메커니즘을 직접 테스트할 수 있는 양—을 측정할 수는 없다. 카시니의 후속 토성 궤도선 제안은 나사와 유럽 우주국(ESA)의 계획 문서에 존재하지만, 승인되거나 자금이 지원된 것은 없다. 현재로서는 허블의 연간 조사가 10각형이 무엇을 하고 있는지에 대한 유일한 체계적 데이터를 제공한다.

연구팀이 결론내린 것은 토성의 다각형 제트 기류 파동이 전혀 예외적이지 않을 수 있다는 점이다. 논문은 북극 6각형이 “우리가 생각했던 것만큼 특별하지 않다”고 지적한다. 10각형은 토성이 생각보다 더 쉽게 그러한 구조를 생성할 수 있음을 시사하며, 다른 가스 행성들도 같은 현상을 보이는지에 대한 의문을 제기한다.

토성 남극 10각형에 대한 일반적인 질문

토성 남극 10각형이 정확히 무엇인가?

토성 남극 제트 기류 내에 자리 잡은 10면 대기 파동이다. 같은 유형의 구조(6면)가 토성 북극에 최소 40년 동안 존재해왔다.

왜 제트 기류가 원 대신 다각형을 만드는가?

제트 기류 내에 갇힌 대기 파동이 반복되는 기하학적 패턴으로 고정될 수 있다. 변의 수는 파동의 공간 주파수를 반영한다. 북극 제트가 6을, 남극 제트가 10을 만드는 이유가 핵심 미제다.

10각형은 6각형과 어떻게 비교되는가?

북극 6각형은 6면이며, 40년 이상 안정적이고, 약간 더 작다. 남극 10각형은 10면이며, 지난 10년 내에 형성되었고, 여전히 강해지고 있다. 동일한 구조 유형, 다른 위도와 기하학.

토성 남극 10각형이 사라질 수 있는가?

그럴 수 있다. 6각형은 최소 40년 동안 지속되었지만, 10각형은 너무 새로워서 안정화될지 모양이 변할지 알 수 없다. 허블의 연간 조사가 그 진화를 추적할 것이다.

10각형의 출현을 포착한 허블 프로그램은 외태양계의 연간 조사를 계속할 예정이다. 연구자들은 폭풍이 안정화될지 계속 변할지 관찰할 것으로 기대한다. 미래의 토성 임무가 자금을 지원받는다면, 허블이 할 수 없는 깊이의 온도와 바람 속도 데이터를 제공할 것이며, 마침내 같은 행성의 두 극이 왜 다른 숫자를 선택했는지 해결할 가능성이 높다.

참고문헌: Sánchez-Lavega et al., “A ten-sided polygonal wave at Saturn’s south pole,” Science Advances, 2026.

태그: agustín sánchez-lavega, amy simon, atmospheric wave, hubble space telescope, saturn, south pole storm

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