토성은 이산화탄소 결빙선(CO2 iceline) 근처에서 형성됐다 — 1차원 원반 모델 연구

토성은 전체 금속함량과 대기 휘발성 원소 함량이 목성보다 높아, 원시행성계 원반의 더 바깥에서 형성됐을 가능성이 제기돼 왔다. 연구진은 13종의 휘발성 운반체의 수송·승화·재응축을 추적하는 1차원 점성 α-원반 모델로 α = 5×10⁻⁴~5×10⁻³ 범위와 다양한 CO/CO2 비율을 계산해, 토성의 원소 함량이 CO2 또는 CO 결빙선 근처 형성으로 재현되는지 검증했다. 그 결과 콜드핑거 효과로 인한 탄소·산소 함량 증가 피크가 CO2 결빙선에서 가장 두드러졌고, 토성 외피에 해당하는 초태양(supersolar) 금속함량은 α ≤ 10⁻³인 경우에만 도달했다. CO 결빙선에서도 작은 피크가 나타나지만 그 지역의 금속함량은 토성의 추정값에 이르지 못했으며, 약 0.2~0.3 Myr 시점에서 탄소와 인의 함량이 토성 대기 관측값과 일치했다. 비활성기체는 확산 시간이 길어 원시태양 수준에 머물렀으며, 연구진은 모델이 가정한 조건에서 토성이 이 물질을 0.3 Myr 이내의 이른 시기에, 약한 난류(α ≲ 10⁻³)와 CO2가 풍부한 휘발성 환경의 원반에서 집적했음을 시사한다고 밝혔다.