이전 포스트에서도 여러번 다뤘던 존재인 목성의 위성 유로파 (Europa) 는 얼음으로 된 표면 아래 물의 존재가 강력히 의심되는 위성입니다. 얼음이 깨지면서 생긴 것으로 보이는 유로파 표면의 독특한 갈라진 틈 지형은 물위에 뜬 얼음이 갈라진 후 다시 얼어붙었다고 설명할 때 가장 그럴 듯 하게 생성 원인을 설명할 수 있습니다. 또 위치상 목성의 조석력이 강하게 작용하므로 내부에서는 상당한 열이 축적되어 내부에 얼음이 녹기에 충분한 에너지가 공급되고 있을 것입니다.
일부 과학자들은 여기서 더 나아가 유로파의 얼음 지각 아래 바다에 지구와 비슷한 열수 분출공이 존재할 수 있고 심지어 생명체까지 발생했을지 모른다고 생각하고 있습니다. 이런 여러가지 흥미로운 점을 감안할 때 유로파는 현재 과학자들의 주요 탐사 목표가 되고 있습니다. 이는 직접 우주 탐사선을 목성과 유로파로 보내는 것 뿐만 아니라 망원경으로 관측하는 것도 포함합니다.
허블 우주 망원경은 최근 유로파 관측에서 목성 탐사선 갈릴레오가 미처 보지 못했던 놀라운 장면을 관측했습니다. 그것은 유로파 표면에서 수증기가 분출하는 것입니다. 토성의 위성 엔셀라두스 ( http://jjy0501.blogspot.kr/2013/08/Forces-Controlling-Enceladus-Jets.html 참조) 처럼 수증기와 얼음을 분출하는 장면이 목격된 것입니다.
(균열틈에서 수증기를 분출하는 유로파의 표면에 대한 아티스트 컨셉. This is an artist's concept of a plume of water vapor thought to be ejected off the frigid, icy surface of the Jovian moon Europa, located about 500 million miles (800 million kilometers) from the sun. (Credit: NASA/ESA/K. Retherford/SWRI) )
(실제 허블 망원경 관측에서 수증기가 관측된 부분. 유로파의 남극 주변부임. This graphic shows the location of water vapor detected over Europa's south pole in observations taken by NASA's Hubble Space Telescope in December 2012.
Image Credit: NASA/ESA/L. Roth/SWRI/University of Cologne )
비록 엔셀라두스에서처럼 분명하게 수증기가 분출하는 장면이 목격된 것은 아니지만 낮은 해상도 사진에서라도 유로파에서 수증기가 상당한 수준으로 분출하는 순간이 있다는 증거가 발견된 것입니다. 유로파의 수증기 분출은 샌프란시스코에서 열린 미국 지질물리학 학회 ( American Geophysical Union AGU) 에서 최초 보고된 것으로 이를 보고한 사우스웨스트 연구소의 로렌즈 로스 (Lorenz Roth of Southwest Research Institute) '이 수증기를 설명할 가장 간단한 방법은 이것이 유로파 표면에서 분출했다는 것' 이라고 언급했습니다. 그러나 과학자들은 아직 더 많은 관측 결과가 필요할 것으로 보고 있습니다.
로스를 비롯한 연구자들이 유로파의 수증기 분출의 증거를 발견한 것은 2012 년 12월 허블 우주 망원경의 스펙트럼 분석 데이터를 분석한 이후였습니다. 연구자들은 이 데이터를 분석해 이것이 목성의 자기장에 의한 입자나 혹은 드물게 일어나는 운석 충돌에 의해 뿜어올려진 수증기 (유로파의 표면은 얼음으로 구성되어 있으므로 운석이 충돌한다면 얼음과 수증기의 파편이 튀어오르게 될 것) 가 아니라고 판단했습니다.
연구팀은 허블 우주 망원경의 성능을 한계까지 밀어붙여 아주 희미한 분출을 검출하는데 성공했습니다. 사실 가시광에서는 거의 보이지도 않을 정도로 옅은 분출이기 때문에 이를 검출하는데 애를 먹었다고 합니다. 연구팀이 검증하는데 성공한 것은 물분자가 분해되면서 나오는 수소와 산소의 존재입니다. 이들은 희미한 적외선 영역에서 이미징 스펙트로그래프에 관측되었습니다. 하지만 그런 만큼 실제 분출이 맞는지 향후 검증이 필요할 것으로 보이기도 합니다.
다른 한편으로 지금까지 갈릴레오 우주선이 유로파를 수차례에 걸쳐 자세히 관측했는데도 왜 이런 수증기 분출을 감지하지 못했는가 하는 의문도 생길 수 있습니다. 한가지 시사점은 수증기를 수백 km 까지 내뿜는 다른 위성인 엔셀라두스에서 찾을 수 있습니다.
엔셀라두스는 토성과의 거리에 반비례해서 수증기 분출의 강도가 변합니다. 주된 에너지원이 토성에서 가해지는 중력의 차이인 만큼 토성과의 거리와 분출은 밀접한 연관이 있습니다. 유로파에서도 비슷한 일이 일어나 목성과의 거리에 따라 분출이 줄어들거나 혹은 간헐적으로 일어날 수도 있습니다. 실제 유로파 역시 목성에서 가장 먼 거리에서 주로 분출이 일어나는 것으로 보인다고 연구팀은 전했습니다.
(엔셀라두스의 남극에서 분출되는 수증기. 카시니 우주선이 관측 Dramatic plumes, both large and small, spray water ice out from many locations along the famed "tiger stripes" near the south pole of Saturn's moon Enceladus. Credit : NASA/JPL/Space Science Institute )
만약 과학자들이 의심하듯이 유로파 얼음 지각 아래에 액체상태의 바다가 존재한다면 이것이 균열을 타고 분출하는 일은 충분히 가능합니다. 목성과의 거리에 따라 중력의 크기가 변하면서 얼음 지각의 균열이 일어나기 때문이죠. 이는 엔셀라두스는 물론에서도 증명된 일입니다.
다만 현재 목성에는 이를 상세히 관측할 관측 위성이 더 이상 존재하지 않습니다. 목성과 그 위성에서 여러가지 관측을 시행한 갈릴레오 탐사선은 2003 년 목성에 충돌해 그 임무를 마쳤고 새 목성 탐사선 주노는 적어도 2016 년까지는 목성에 도달할 수 없습니다. 또 주노의 주 임무는 목성 자체에 대한 탐사라 유로파에 대한 자세한 관측은 어려울 수도 있습니다.
바다와 생명체의 존재 가능성 때문에 유로파는 특히 목성의 위성 가운데서도 가장 큰 주목을 받고 있습니다. 따라서 다양한 탐사 미션이 제안되었으나 예산상의 문제로 대부분 취소된 상태죠. 하지만 유로파 오비터의 계획은 나사와 ESA 를 중심으로 계속 제기되고 있습니다. ( http://jjy0501.blogspot.kr/2012/08/110.html 참조) 그 전까지는 지구에 있는 망원경을 이용해서 유로파를 최대한 자세히 관측하는 것이 최선의 방법일 것 같습니다. 그런데 과연 수증기가 분출하는 것이 사실이라면 무슨 이점이 존재할까요 ?
만약 유로파에서 수증기를 분출하는 것이 사실이라면 이는 매우 중요한 탐사 목표가 될 수 있습니다. 유로파의 얼음 지각은 매우 두꺼워서 이것을 뚫고 내부의 바다를 관측하는 일은 매우 어려운 일입니다. 하지만 간헐적이라고 해도 수백 km 에 달하는 수증기를 분출한다면 굳이 유로파에 착륙할 필요도 없이 유로파의 주변 궤도를 공전하면서 수증기 사이를 통과하는 것만으로 유기물을 검출할 수도 있습니다. 즉 얼음을 뚫고 들어가지 않아도 유로파 내부의 물질을 입수하는 것이 가능한 셈입니다. 따라서 앞으로 이에 대한 연구가 지속될 필요가 있을 것으로 생각합니다.
이 연구는 Science 에 실릴 예정이라고 합니다. 더 자세한 관측이 필요하긴 하겠지만 사실이라면 앞서 말한 이유 때문에 매우 흥미로운 일이 아닐 수 없습니다.
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