아하, 이렇구나
목성의 위성 유로파에서 수증기 발견

2020-03-11 08:35:32

켁 천문대.


40년 전 인류는 목성의 79개의 위성중 하나인 유로파(Europa)의 첫번째 클로즈업 이미지를 촬영했다. 사진 속 유로파의 모습은 표면에 갈색의 갈라진 균렬이 표면을 가로지른 모습이였다. 이후 수십년 동안 외부 태양계의 시스템에 대한 미션을 통해 유로파에 관한 추가정보들이 축적됐다. 유로파는 미국항공항천국이 외계생명체를 찾을 때 최우선 순위로 고려하는 연구대상이기 때문이다.

유로파가 과학자들에게 매력적인 천체인 까닭은 이 천체에 생명체에 필요한 모든 성분들이 존재할지도 모르기 때문이다. 과학자들은 그 성분중 하나인 액체 상태의 물이 유로파에 존재한다는 증거를 가졌다. 유로파의 얼음으로 뒤덮인 표면 아래 존재하는 액체 상태의 물은 때때로 거대한 간헐천을 통해 우주로 분출된다. 그러나 이 물분자 자체를 직접 측정해 물줄기 속 물의 존재를 확인한 과학자는 아직 아무도 없다.

그런데 미국항공항천국 고다드 우주비행쎈터에서 이끄는 국제 연구팀이 유로파 지표에서 처음으로 수증기를 검출했다. 이는 연구팀이 하와이에 있는 세계에서 가장 큰 망원경중 하나를 리용해 유로파를 관찰해 얻은 성과이다.

유로파 표면 수증기를 확인하는 일은 과학자들이 유로파의 내부 활동을 더 잘 리해하도록 해주며 유로파 내부에 지구의 두배 정도 되는 액체 상태의 해양이 존재한다는 아이디어를 뒤받침해준다.

사실 이는 과학자들이 꽤 확신하는 관측이다. 물론, 일부 과학자들은 유로파 표면에서 그리 멀지 않은 곳에 얼음이 녹아 만들어진 얕은 저수지가 간헐천에서 나오는 물의 근원지라고 추측한다. 혹은 목성의 강력한 복사장이 유로파의 얼음으로 뒤덮인 지표에서 물 립자를 벗겨낼 가능성도 존재한다고 여긴다. 하지만 이는 최근 조사에서 관찰된 물의 공급원으로 부적절한 매커니즘이란 점이 밝혀졌다.

갈릴레오호가 촬영한 유로파.


이번 연구를 이끈 행성과학자 루카스는 “생명체에 필요한 세가지 조건중 두가지에 해당하는 필수 화학원소인 탄소, 수소, 산소, 질소, 린, 황과 ‘에너지의 근원’은 태양계 전역에서 발견된다.”며 “그러나 세번째 조건인 액체 상태의 물은 지구너머에서 발견하긴 어렵다.”고 말한다. 덧붙여 “과학자들은 아직 액체 상태의 물을 직접적으로 발견하지 못했지만 차선책이 될 수 있는 수증기 형태의 물을 발견했다.”고 전했다. 그들의 연구에 따르면 유로파에서 방출되는 물은 초당 2360킬로그람 정도 된다. 즉 유로파에는 올림픽 규격의 수영장을 단 몇분내로 채울 수 있을 만큼 충분한 량의 물이 존재한다는 것이다.

실제로 루카스 연구팀은 2016년과 2017년 사이에 17일간 관측한 결과 희미하지만 뚜렷한 수증기 신호를 한번 감지했었다.

하와이의 휴화산인 마우나 케아산 정상의 켁 천문대에서 유로파를 관측했을 때 과학자들은 유로파의 앞 반구, 혹은 항상 목성을 돌고 있는 유로파 궤도의 방향을 마주보고 있는, 유로파 측면에 있는 지점에서 물 분자를 관측했다. 참고로 유로파는 지구의 달과 마찬가지로 모 행성에 중력적으로 고정돼있다. 그래서 앞 반구는 항상 궤도의 방향을 향하고 있다.

과학자들은 켁 천문대에서 분광기를 리용해 유로파 대기의 화학적 구성에 따라 흡수되거나 방출되는 적외선을 측정했다. 물 분자는 태양 복사선과 상호 작용할 때 특정한 적외선 주파수를 방출한다.


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