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토성의 위성들은 공룡보다 젊을 수 있다?
1억 년으로 줄어든 엔셀라두스의 나이
(Are Saturn’s Moons Younger than the Dinosaurs?)
CEH

    세속적 천문학자들도 토성의 위성(Saturn’s moons)들은 수십억 년 동안 유지될 수 없었다고 고백하고 있었다.

SETI 연구소가 수행한 모델링에 기초하여, 엘리자베스 하웰(Elizabeth Howell)은 Space.com(2016. 3. 25)에 충격적인 제목의 글을 게재했다 : ”토성의 위성들과 고리는 공룡보다 젊을 수 있다.” The Conversation(2016. 3. 30) 지에서 데이비드 로테리(David Rothery)는 상투적인 말을 내뱉고 있었다. ”그렇다면, 그곳에 생명체가 존재할 수 있을까?” 그의 대답은 아래에서 볼 수 있다.

정말로 그들의 생각에 변화를 일으킨 이유는 무엇일까? SETI 연구소의 보도 자료는 설명하고 있었다 :

새로운 연구는 토성의 유명한 고리와, 몇몇 얼음 위성들이 현대에 생겨난 장식품일 수 있음을 시사한다. 그들의 극적인 탄생은 많은 공룡들보다 더 최근인, 단지 1억 년 전에 일어났을 수 있다.

”위성들은 항상 자신의 궤도를 변경하고 있다. 그것은 불가피하다”고 SETI 연구소의 책임연구자인 마티자 쿡(Matija Cuk)은 말한다. ”그 사실은 토성의 내측 위성(inner moons)들에 대한 컴퓨터 시뮬레이션으로 알아낸 것이다. 그렇게 함으로서, 우리는 그것들이 토성 역사의 가장 최근 2% 시기 동안에 탄생한 것임을 알아낼 수 있었다.”

토성의 고리는 1600년대부터 알려져 왔었지만, 그것의 나이는 지금도 논란 중에 있다. 토성의 고리에 대한 간단한 가정은 행성 자체의 나이인 40억 년 이상 오래 되었다는 것이었다. 그러나 2012년에 프랑스의 천문학자는 내측 위성들과 토성 내부 깊은 곳의 유체 사이에 중력적 상호작용에 의한 조석 효과(tidal effects)가 그들을 비교적 빠르게 나선형의 더 큰 궤도 반경으로 이동시킨 원인이 되었다는 것을 발견했다. 이것은 그 위성들이 현재의 위치에 있도록 했고, 아마도 이 위성들과 고리는 최근에 생겨난 현상임을 의미한다.

이 새로운 추정은 타이탄(Titan)과 ​​이아페투스(Iapetus)와 같은 더 먼 위성들에는 적용되지 않는다. 그러나 토성에 가까운 내측 위성들, 특히 작은 위성들과 토성의 고리는, 토성의 추정되는 나이(45억 년) 동안 조석효과와 공명으로 인해 지금까지 살아남을 수 없다는 것이다. 그 결과는 Astrophysical Journal(2016. 3. 24)에 게재되었다. (arXiv에 다시 게재된 글을 보라). 보도 자료는 그 모델 뒤의 가정(assumption)을 설명하고 있었다 :

이 위성들의 나이에 대한 보다 구체적인 값을 얻기 위해서, 쿠크는 토성의 위성 엔셀라두스(Enceladus)에서 분출되고 있는 얼음 간헐천(geysers)을 사용하고 있었다. 연구자들은 이들 간헐천의 열 에너지는 토성과 조석 상​호작용(tidal interactions)으로 생겨났고, 엔셀라두스의 지열 활동의 수준은 일정했을 것으로 가정했다. 그리고 그것으로부터, 토성의 조석력의 강도를 추정했다.

컴퓨터 시뮬레이션을 통해서, 연구자들은 엔셀라두스는 원래의 궤도 위치에서 현재의 위치로 단지 1억 년 전 쯤에 이동했을 것으로 결론 내렸다. 이것은 엔셀라두스는 백악기 시기에 형성되었다는 것을 의미한다. 더 큰 의미는 토성의 내측 위성들과 화려한 고리는 모두 비교적 젊다는 것이다.

즉, 엔셀라두스의 간헐천을 설명하는 하나의 방법으로, 그 나이를 줄이고 있는 것이다. 저자들은 엔셀라두스가 수십억 년 동안 뜨거운 분출을 계속할 수 없었음을 깨닫고 있는 것처럼 보인다. 그러나 토성계의 나머지 천체들은 어떻게 그러한 장구한 나이 동안 유지되고 있는 것일까? 여기에 놀라운 약간의 상상력이 작동되고 있었다 :

”그렇다면, 질문이 생겨난다. 무엇이 내측 위성들의 최근 탄생을 일으켰는가?” 쿡은 묻고 있었다. ”우리의 최선의 추측은 과거에 토성은 위성들과 유사한 물체들을 가지고 있었는데, 그들의 궤도가 태양을 도는 토성의 움직임을 포함하여 특별한 종류에 궤도 공명에 의해서 방해를 받았다. 결국, 이웃 위성들의 궤도를 침범했고, 이들 천체들은 충돌했다. 그 잔해들로부터 현재의 위성들과 고리가 형성됐다.”

”만약 그 결과가 맞는 것이라면, 토성의 밝은 고리는 공룡들의 전성기보다 젊을 수 있다. 그리고 우리는 오늘날 그것을 목격하는 행운을 얻게 된 것이다.”

다른 사람들은 엔셀라두스의 젊음을 설명하기 위해서, 이러한 임시방편적 특별한 상황에 호소하지 않고 있었다. 에드윈 카이트(Edwin Kite)와 앨런 루빈(Allan Rubin)은 PNAS 지에서, 엔셀라두스의 추정되는 지하 바다까지 이어진 균열을 일으켰던 조석 공명(tidal resonances)에 관한 새로운 이론을 발표했다. Science Daily(2016. 3. 28) 지는 조석력 사이에 '안성맞춤인 장소(sweet spot)'를 어떻게 발견했는지에 관한, 카이트와 루빈의 주장을 기술하고 있었다 :  

”그 균열 시스템이 자신의 서리(frost)로 막히지 않는 이유는 하나의 수수께끼이다” 카이트는 말했다. ”그리고 증발 냉각에 의해서 물 표면에서 제거된 에너지가 위에 얼음을 쌓아놓지 않았던 이유를 설명하는 것은 하나의 수수께끼이다.”

필요한 것은 증발 냉각과 정교한 균형을 이루고 있는 에너지 근원이다. ”에너지 근원은 이전에 생각지 못했던 조석 소실(tidal dissipation)의 새로운 메커니즘일 것이라고 우리는 생각한다.” 카이트는 말했다.

그것은 미세하게 균형 잡힌 골디락스(Goldilocks, 딱 맞는) 상황이다. 엘리자베스 하웰은 Space.com(2016. 3. 30)에서 썼다 :

새로운 모델은 깊고 수직적인 '슬롯(slots, 가늘고 긴 홈)'들이 엔셀라두스의 얼음 표면과 아래의 물 층 사이에 존재할 수 있음을 시사한다. 만약 슬롯이 넓었다면, 조석 영향 후에 분출은 매우 갑자기 일어났을 것이고, 슬롯이 좁았다면, 조석력은 더 오래 걸렸을 것이라고, 연구자들은 말한다. 관측된 5시간의 지연은 어디엔가 중간 사이에 있는 슬롯의 크기로부터 생겨나는 것이라고, 과학자들은 말했다.

”그들 사이의 슬롯은 매우 적절한 크기인 안성맞춤이었다” 카이트는 말했다.

그 논문은 이것이 간헐천을 장구한 '지질학적 시간' 동안 지속시켰을 것이라고 주장했다. NASA의 Astrobiology Magazine(2016. 3. 29) 지에 따르면, 무신론자로서, 사진 과학자이며, 행성 고리 전문가인 캐롤린(Carolyn Porco)은 이 이론을 좋아하는 것처럼 보인다. 그러나 당신이 그 논문을 읽을 때, 그들의 시간 척도가 얼마인지를 살펴보라. 그들은 수십억 년이 아니라, 단지 ”백만 년의 시간 척도”를 언급하고 있었다. 1백만 년은 태양계의 추정 나이에 비해 단지 1/4500에 해당하는 짧은 기간이다. 그들 중 누구도 그것을 설명하지 않고 있다. 그러나 그들은 생명체가 우연히 탄생하기 위한 충분한 시간 확보를 위해, 엔셀라두스의 활동성이 오래 유지되기를 바라고 있었다 :

엔셀라두스에서 지속적인 물 분출은 그 작은 위성의 주거성(habitability)에 영향을 미친다. (만약 그 물기둥이 분출을 멈춘다면, 엔셀라두스의 미래 탐사계획은 수립되기 어려워질 것이고(예산 배정은 어려워질 것이고), 우주생물학 분야도 마찬가지일 것이다.)  

토성 위성의 젊음에 대한 데이비드 로테리의 반응은 The Conversation 지에서 살펴볼 수 있는데, 그의 세계관이 잘 드러나 있다. 만약 엔셀라두스가 그렇게 젊다면, 생명체가 진화할 시간이 없지 않았겠는가? 그러나 그는 이렇게 추정하고 있었다 :

나는 아직도 엔셀라두스를 살펴볼 가치가 있다고 생각한다. 어떤 종류의 생명체가 지구가 매우 젊었던 41억 년 전에도 존재했을지도 모른다는 힌트를 과학자들이 얻을 지도 모르기 때문이다. 엔셀라두스가 정말로 백악기 정도로 젊다면, 그리고 그곳에서 생명체가 발견될 수 있다면, 우주에는 더 많은 생명체들이 생겨나 있을 수도 있는 것이다. 

진화론자들의 진화에 대한 철저한 신념은 어떠한 경우에도 흔들리지 않는다.

그리고 타이탄(Titan)에서도 더 많은 발견이 이루어졌다. 다음 글에서는 타이탄에 관한 최신 발견을 보고할 예정이다.

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”토성의 위성들은 공룡보다 젊을 수 있는가?”라는 질문에 대답은 ”아니요!” 이다. 왜냐하면 그들은 같은 나이이기 때문이다. 그들은 장구한 시간 전에 만들어지지 않았다. 공룡들은 조금 빨리 사라졌을 뿐이다. 토성의 위성들은 수십억 년 동안 유지될 수 없었다. 엔셀라두스의 분출은 수백만 년도 지속될 수 없다. 그것은 곧 사라질 것이다.

어떠한 증거들이 발견된다 하더라도, 세속주의자들의 머리 속에 단단히 자리잡고 있는 수십억 년의 연대 개념은 결코 흔들리지 않는다. 그러나 이제 그들도 엔셀라두스의 남극 지역에서 얼음물 분출이 수십억 년 동안 뿜어져 나올 수 없다는 것을 깨닫고 있음이 분명하다. 그러면 그들은 어떠한 태도를 취할까? 그저 무시해버리거나, 생명체가 존재할 수도 있다는 이야기로 본질을 왜곡하거나, 오래된 위성들이 충돌했고 새로운 위성들이 탄생됐다는 새로운 이야기를 발명해내는 것이다. 그러한 이야기 지어내기는 '다윈의 사원(Temple of Darwin)'이 붕괴될 때까지 계속될 것이다. 그리고 그러한 지어낸 이야기를 가지고, 수십억 년이라는 연대 개념은 계속 생명을 연장하며, 지속될 수 있는 것이다.

 

*관련기사 : ‘겨우 1억년 전’ 공룡 시대에 태어난 토성의 고리와 위성들 (2016. 4. 3. 한겨레)
http://scienceon.hani.co.kr/384575

엔진 불꽃같네… 토성 위성의 얼음분수(2017. 7. 21. 서울신문)
http://www.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20170722020005&wlog_tag3=naver

출처 : CEH, 2016. 4. 2.
URL : http://crev.info/2016/04/saturns-moons-young/
번역자 : 미디어위원회

관련 자료 링크:

1. 엔켈라두스의 간헐천들은 넓게 커튼처럼 분출되고 있었다 (It’s Curtains for Enceladus)
2. 엔셀라두스가 젊다는 추가적 증거들 : 물 뿐만 아니라, 실리카와 메탄도 같이 분출되고 있었다. (Saturn's Enceladus Looks Younger than Ever)
3. 엔셀라두스에서 발견된 101개의 간헐천들 : 증가하고 있는 젊은 태양계의 증거들. (Solar System Geysers—Each a Fountain of Youth)
4. 엔셀라두스 지하에 거대 바다가 의미하는 것은? : 수십억 년의 연대는 전혀 의심되지 않고, 생명체의 존재 가능성만 과장 보도되고 있었다. (Enceladus Ocean Means Dating Trouble, Not Life)
5. 엔셀라두스에 존재하는 열은 수십억 년의 연대와 조화되지 않는다. (Heat of Saturn Moon Far Surpasses Long-age Expectations)
6. 엔셀라두스의 오랜 분출을 설명할 방법이 없다. (Hopes Die for Enceladus Longevity) 
7. 엔셀라두스 : 뜨거운 화학 기둥이 발견되었다. (Enceladus : Hotter Chemical Plume Found)
8. 뜨거운 내부를 가지고 있는 토성의 위성 엔셀라두스 (Something is Cooking Under Enceladus)
9. 뜨거워지고 있는 엔셀라두스 문제 : 젊은 태양계를 증거하는 토성의 한 작은 위성 (The Enceladus Problem Heats Up)
10. 이웃 위성들에 얼음을 뿌리고 있는 엔셀라두스 (Enceladus Spray-Paints Its Neighbors' Yard)
11. 엔셀라두스 : 차갑고 젊은 위성 (Enceladus : A Cold, Youthful Moon)
12. 엔셀라두스에서 날아온 토성 E-고리의 산소 기포 (Saturn E-Ring Oxygen Bubble Blown by Enceladus)
13. 토성의 위성 엔셀라두스 : 물의 존재는 생명체의 존재인가? (Saturn’s Moon – does water equal life?)
14. 카메라에 잡힌 엔셀라두스의 분출 : 토성의 작은 얼음 위성이 수십억 년 동안 분출 활동을? (Enceladus Eruptions Caught On Camera)
15. “경이로운 수수께끼” : 엔셀라두스의 남극 표면은 1,000년 보다 더 젊다. (“Marvelous Puzzle: : Enceladus' South Pole Surface Less Than 1,000 Years Old)
16. 유성체에 폭격당하고 있는 토성의 고리 : 수십억 년의 토성 나이와 조화되지 않는다. (Saturn’s Rings Impacted by Meteoroids)
17. 현란한 토성의 F 고리 (Saturn Rings : F is for Flamboyant) 
18. 토성에서 거대한 고리가 발견되었다. (Giant Backward Ring Found Around Saturn)
19. 토성의 위성들은 과학자들을 계속 놀라게 하고 있다. : 레아(Rhea)도 고리를 가지고 있는 듯 (Saturn Moons Continue to Surprise Scientists)
20. 토성의 고리를 수십억 년의 연대로 적합 시키기 (Stretching Saturn’s Rings in Time) 
21. 카시니는 토성의 E 고리에서 폭발을 관측했다 (Cassini Watches Explosion in Saturn's E Ring)
22. 맹렬하게 화산을 분출하고 있는 목성의 위성 이오는 수십억 년의 태양계 나이를 거부한다. (The violent volcanoes of Io)
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25. 뜨거운 용암을 분출하고 있는 이오(Io) : 수십억 년의 연대를 거부하는 한 작은 목성의 위성 (Spewing Hot Rocks on Old Ideas)
 
 
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