태양계 이야기 549 - 명왕성의 얼음 밑에도 바다가 있을까?

(7월 13일 명왕성에서 76만 8000km 떨어진 지점에서 촬영한 사진. Pluto nearly fills the frame in this image from the Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) aboard NASA’s New Horizons spacecraft, taken on July 13, 2015 when the spacecraft was 476,000 miles (768,000 kilometers) from the surface. This is the last and most detailed image sent to Earth before the spacecraft’s closest approach to Pluto on July 14. The color image has been combined with lower-resolution color information from the Ralph instrument that was acquired earlier on July 13. This view is dominated by the large, bright feature informally named the “heart,” which measures approximately 1,000 miles (1,600 kilometers) across. The heart borders darker equatorial terrains, and the mottled terrain to its east (right) are complex. However, even at this resolution, much of the heart’s interior appears remarkably featureless—possibly a sign of ongoing geologic processes.

Credits: NASA/APL/SwRI) 

 명왕성은 비교적 작은 천체에 임에도 불구하고 매우 복잡할 뿐 아니라 젊은 지형을 가지고 있습니다. 명왕성 표면에는 크레이터의 숫자가 적을 뿐 아니라 아예 없는 지형도 존재하는데, 이는 명왕성의 얼음 지형이 새롭게 변했다는 것을 의미합니다. 이는 명왕성의 얼음 지각아래 액체 상태의 물을 의심하게 만드는 소견입니다. 

 브라운 대학의 지질학자 브랜던 존슨(Brown University geologist Brandon Johnson)과 그의 동료들은 나사의 뉴호라이즌스호가 보내온 데이터와 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 명왕성의 얼음 아래 물이 있을 가능성을 조사했습니다. 

 연구팀이 주목한 것은 명왕성 표면에 하트 모양으로 존재하는 너비 900km의 거대 평원인 스푸트니크 평원(Sputnik Planum)입니다. 이 평원이 형성된 이유에 대해서는 다양한 가설이 존재하는데, 이중에는 지름 200km 이상의 다른 천체와 충돌한 흔적이라는 주장도 있습니다. 

 만약 충동설이 사실이라면 스푸트니크 평원이 있는 지역에는 큰 크레이터가 생겨 움푹들어가야 합니다. 하지만 실제로 오히려 이 지역이 다른 지역에 비해서 나와 있는 모습입니다. 뉴호라이즌스호 데이터는 이 지역에 양성 질량 이상 positive mass abnormaly 이 있음을 보여주고 있습니다. 

 그 이유 중 하나는 이 지역이 명왕성의 위성인 카론을 바라보는 지역으로 항상 중력의 영향을 받고 있기 때문입니다. 하지만 그것만으로는 이곳에 질량이 쏠린 이유를 설명하기 어렵습니다. 이곳에 거대한 크레이터 대신 하트모양의 거대한 지형이 형성된 이유는 아래에 액체 상태의 층이 있고 이 액체가 빈 곳을 메웠다고 설명하면 쉽게 이해될 수 있습니다. 

 연구팀은 다양한 시뮬레이션을 통해서 액체가 얼마나 존재했는지와 그 염도를 계산했습니다. 물의 층이 없는 경우에서 200km 크기의 층이 있는 경우까지 조사한 결과 30% 염도의 짠 물로 되어 있는 100km 이내 두께의 층이 있을 가능성이 가장 큰 것으로 나왔습니다. 

 만약 사실이라면 태양계에서 아주 먼 곳까지 물이 존재하는 셈이라서 매우 놀라운 일이라고 할 수 있습니다. 더구나 어떻게 액체 상태의 층이 존재할 수 있는지 역시 미스터리한 일이 아닐 수 없는게 명왕성의 작은 크기로 봤을 때 내부에 액체층을 만들만한 열을 생성하기 힘든데다 카론의 중력의 힘만으로 충분한 열을 만들 수 있을지도 다소 의문이기 때문입니다. 

 뉴호라이즌스호의 탐사 이후 명왕성의 비밀이 많이 풀렸지만, 새로운 궁금증이 생긴것도 사실입니다. 언젠가 새로운 탐사선이 도달해서 이 비밀을 풀수 있기를 기대합니다. 

 참고 

Brandon C. Johnson et al. Formation of the Sputnik Planum basin and the thickness of Pluto's subsurface ocean., Geophysical Research Letters (2016). DOI: 10.1002/2016GL070694 

 http://phys.org/news/2016-09-pluto-heart-ocean.html#jCp