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2014년 4월 7일 월요일

태양계 이야기 230 - 수성의 화산 활동



 태양계에서 가장 작은 행성인 수성은 현재는 화산 활동이 거의 멈춘 것으로 추정되고 있습니다.  질량이 작은 만큼 (지구의 약 5.5% 수준) 내부에 있는 방사성 동위원소 만으로는 지구 같이 화산 활동이나 혹은 판 이동 같은 지질 활동에 필요한 에너지를 공급하기 어렵기 때문입니다. 그러나 메신저 탐사선 (MESSENGER spacecraft) 이 2011 년 수성 표면을 상세하게 관측하기 전까지 우리는 의외로 수성에 대해 잘 모르고 있었습니다. 


 최근 브라운 대학 (Brown University) 의 연구자들은 수성 표면의 관측 결과를 토대로 수성이 화산 활동이 생각보다 오래 지속되었다는 연구 결과를 발표했습니다. 브라운 대학의 대학원생인 팀 굿지 (Tim Goudge, a graduate student in the Department of Geological Sciences at Brown) 와 그의 동료들은 메신저 관측 데이터를 이용해서 수성 표면의 화산쇄설암 (pyroclastic : 화산이 분출되어 생성된 암석) 이 있는 장소 51 개를 분석했습니다. 


 지구의 화산은 분출시 양상이 매우 다양한데 그 중 일부는 막대한 가스를 내뿜으면서 폭발하는 것들이 적지 않습니다. 그 이유는 용암 내부에 있는 여러가지 휘발성 물질 (이산화탄소와 물을 포함) 이 표면에서 압력이 낮아지면서 급격히 가스로 팽창해 폭발하기 때문입니다. 


 과거 연구자들은 수성이 작고 건조한 행성이기 때문에 이와 같은 형태의 화산 폭발은 거의 없었을 것으로 생각했습니다. 그러나 메신저의 관측 데이터는 과거 있었던 화산 폭발의 증거들을 찾아냈습니다. 이는 수성의 내부가 생각보다 건조하지 않다는 증거이기도 합니다. 또 이번 연구에 의하면 생각보다 화산 활동이 지속된 시기도 생각보다 더 길었던 것으로 보입니다.   





( 수성의 키플링 크레이터 표면에서 발견된 두개의 화산 쇄설암 지대.  Measuring geological time: Two pyroclastic vents on the floor of Mercury’s Kipling crater, top, would likely not have survived the impact; they are more recent. The false color image of the same spot, bottom, marks pyroclastic material as brownish red.
Credit: Image courtesy of Brown University)


 그런데 수성 표면에 화산 활동의 흔적과 화산 쇄설암이 있다고 해도 그 연대를 정확히 측정하는 것은 쉽지 않은 일입니다. 수성 표면에 가서 직접 암석 샘플을 채취하고 그 성분과 연대를 측정한다면 가장 정확한 연구가 되겠지만 현실적으로 당분간 그것은 가능하지 않을 것입니다. 


 대신 연구팀은 수성 표면에 있는 크레이터와의 대조를 통해서 대략 적인 생성 연대를 추정하는 방법을 사용했습니다. 화산 쇄설암 지대가 있다고 해도 여기에 큰 운석이 충돌해서 큰 크레이터가 생성되면 사라지게 될 것입니다. 그리고 새로 생긴 크레이터일 수록 더 완전한 형태를 가지고 있기 때문에 대략의 시기를 추정할 수 있습니다. 특히 태양계는 후기 대폭격기 (LHB) 라는 38 억년 전의 대규모 운석 충돌 시기가 있어서 기준 연대로 사용할 수 있습니다. 

 이를 종합해서 연구를 진행한 결과 수성의 화산활동은 행성이 생성된지 얼마 안되는 45 억년전에 잠깐 있었다가 멈춘것이 아니라 35 억 - 10 억년전에도 있었던 것이 확인되었다고 합니다. 인간의 기준으로는 이것 역시 까마득하게 옛날 일이지만 지질학적으로 본다면 비교적 새로운 화산들도 존재했다는 것입니다. 이는 수성의 내부가 생각보다 더 많은 휘발성 물질을 가지고 있으며 오랬동안 화산활동에 필요한 에너지를 공급했다는 증거가 될 것입니다. 


 수성의 작은 크기를 생각하면 이는 놀라운 일인데 만약 미래에 수성 표면에 직접 탐사선을 착륙시켜 탐사를 한다면 탐사 목표로 삼을 수 있는 흥미로운 모습입니다. 사실 수성에 대해서 우리는 이제서야 그 진면목을 알아가기 시작했을 뿐입니다. 


 참고


Journal Reference:
  1. Timothy A. Goudge, James W. Head, Laura Kerber, David T. Blewett, Brett W. Denevi, Deborah L. Domingue, Jeffrey J. Gillis-Davis, Klaus Gwinner, Jorn Helbert, Gregory M. Holsclaw, Noam R. Izenberg, Rachel L. Klima, William E. McClintock, Scott L. Murchie, Gregory A. Neumann, David E. Smith, Robert G. Strom, Zhiyong Xiao, Maria T. Zuber, Sean C. Solomon. Global inventory and characterization of pyroclastic deposits on Mercury: New insights into pyroclastic activity from MESSENGER orbital dataJournal of Geophysical Research: Planets, 2014; DOI: 10.1002/2013JE004480




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