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2014년 9월 11일 목요일

태양계 이야기 271 - 유로파도 지각판이 존재한다 ?



 지구의 지각은 여러개의 움직이는 판 (Tetonic Plate) 로 구성되어 있습니다. 이 판의 움직임에 따라서 대륙이 이동하고 바다가 생기거나 넓어지며 지진이 발생할 수 있습니다. 특히 지진대에서는 해양 지각판이 아래로 침강하면서 큰 지진을 일으킬 수 있습니다. 이 정도 내용은 사실 중고등학교 과학 과정에서 배울 수 있는 내용이죠. 그런데 사실 이런 판운동이 분명하게 확인된 행성은 지금까지는 지구 뿐입니다.  


 이이다호 대학의 사이먼 캐텐호른 (Simon Kattenhorn, of the University of Idaho) 과 존스 홉킨스 대학의 루이스 프록터 (Louise Prockter, of the Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory) 는 나사의 갈릴레오 탐사선의 데이터를 이용해서 어쩌면 목성의 4 대 위성 가운데 하나인 유로파 (Europa) 에서도 우리에게 친숙한 판운동이 일어날지 모른다고 주장했습니다. 지구와 유로파의 큰 차이점은 지구에서는 암석 지각이 존재하는 대신 유로파에서는 얼음 지각이 같은 기능을 수행한다는 것입니다.  




(유로파 표면의 판운동을 모식화한 그림  Scientists have found evidence of plate tectonics on Jupiter’s moon Europa. This conceptual illustration of the subduction process (where one plate is forced under another) shows how a cold, brittle, outer portion of Europa’s 20-30 kilometer (roughly 10-20 mile) thick ice shell moved into the warmer shell interior and was ultimately subsumed. A low-relief subsumption band was created at the surface in the overriding plate, alongside which cryolavas may have erupted.  Image Credit: Noah Kroese, I.NK)  

 
위에 보이는 개념도는 지구의 판운동을 설명하는 그림과 매우 유사해 보입니다. 차이점은 암석대신 얼음이 침강한다는 것과 해양 지각과 대륙 지각이 따로 존재하지 않는다는 점입니다. 물론 유로파의 기온에서는 단단하게 굳은 얼음은 사실상 암석이나 다를 바 없는 단단함을 지니는 데다 말랑말랑한 내부의 얼음과 액체 상태의 물위에 떠있는 점은 맨틀위에 존재하는 지각과 많은 유사점을 지니고 있습니다. 적어도 구조면에서는 말이죠.  


 (지구의 판 운동 구조   Credit : Jose F. Vigil. USGS )


 그런데 연구팀은 어떻게 이와 같은 결론을 내릴 수 있었을까요 ? 그 해답은 유로파에서 새롭게 생성되는 표면 만큼이나 없어지는 얼음 지각이 있다는 증거 때문입니다. 연구팀은 갈릴레오 이미지에서 이 얼음 위성의 북반구 고위도에서 적어도 2 만 평방 킬로미터에 달하는 지각이 어디론가 사라져 버렸다는 것을 알아냈습니다. 이렇게 넓은 면적이 운석 충돌 같은 다른 요인없이 사라질 수 있으려면 얼음 지각 자체가 이동해서 없어졌다는 가설이 가장 그럴 듯 해 보입니다.  


 유로파에는 미스테리한 거대한 능선과 균열이 존재하는데 그 얼음 표면에서는 거의 크레이터를 발견하기 어렵습니다. 아무리 운석이 얼음을 뚫고 지나갔다고 해도 그 흔적이 암석처럼 단단한 얼음 표면에 남게 마련인데 그런 흔적조차 없다는 것은 유로파의 표면이 매우 젊다는 것을 의미합니다. 과학자들은 유로파의 표면이 생성된지 4000 - 9000 만년 이내의 젊은 표면일 것으로 생각하고 있습니다. 만약 이들의 가설이 옳다면 그렇게 젊은 표면을 유지할 수 있는 이유가 쉽게 설명되는 셈입니다. 이들은 이 내용을 Nature Geoscience 에 발표했습니다.   



(유로파의 표면 사진  Mosaic of Galileo images showing features indicative of tidal flexing: lineae, lenticulae (domes, pits) and Conamara Chaos.

This six frame mosaic of Europa's surface shows a variety of interesting geologic features. The prominent "X" near the center of the mosaic is the junction of two "triplebands." Triplebands are seen here to be made up of parallel sets of ridges, and can be traced for over 1,600 kilometers (off the image) across Europa's surface. Directly to the south of the "X" is a 75 by 100 kilometer (km) area where the icy crust of Europa has been disrupted by activity from below. This activity could be motion in liquid water, convection in warm ice, or some other process. Many icy blocks, some as large as 10 km across, have been rafted from the edges of this zone. Also seen in this mosaic are various pits and domes that range in size from a few kilometers to nearly 20 km across. These geologic features provide evidence of thermal activity below Europa's surface at the time that the features formed. These images were obtained by the Solid State Imaging (CCD) system on NASA's Galileo spacecraft during its sixth orbit around Jupiter. North is to the top of the picture, with the sun illuminating the scene from the right. The center of this mosaic is located near 10 degrees north latitude, 271 degrees west longitude. The image, which is about 300 by 300 km across, was acquired at a resolution of 180 meters per picture element. The Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, CA manages the Galileo mission for NASA's Office of Space Science, Washington, DC. JPL is an operating division of California Institute of Technology (Caltech). This image and other images and data received from Galileo are posted on the World Wide Web, on the Galileo mission home page at URL http://galileo.jpl.nasa.gov.  )  


 다만 이들의 가설을 좀더 확실하게 검증하기 위해서는 유로파 표면에 대한 정밀 관측과 가능하다면 지표 탐사가 필요합니다. 유로파 탐사 미션은 이전에도 여러차례 제안된 적이 있었지만 아직까지 승인된 미션은 존재하지 않습니다.  


 태양계에서 가장 흥미로운 천체 가운데 하나인 유로파는 수십에서 100 km 에 달하는 얼음지각 내부에 거대한 바다를 지닌 것으로 생각되고 있으며 어쩌면 생명체가 존재할 지도 모른다는 추정을 하는 과학자들도 다수 존재합니다. 다만 유로파까지의 거리와 얼음의 두께로 인해서 이 가설은 검증이 쉽지 않은 상태입니다.  


 그러나 결국 미래에는 인류의 호기심이 이 미스테리한 얼음 위성의 비밀을 벗기는 날이 오게 될 것입니다. 진짜로 유로파의 얼음 지각이 판운동을 하면서 여러가지 지질 활동을 일으키는지, 그리고 더 궁금하게는 유로파에 혹시라도 생명체가 있는지 언젠가는 직접 그 질문에 대한 답을 얻게 될 날이 올 것이라고 믿습니다.  


 참고   



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