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2017년 11월 8일 수요일

태양계 이야기 662 - 엔셀라두스의 바다는 매우 오래됐다?



(Over time, cool ocean water seeps into the moon's porous core. Pockets of water reaching deep into the interior are warmed by contact with rock in the tidally heated interior and subsequently rise owing to the positive buoyancy, leading to further interaction with the rocks. The heat deposited at the boundary between the seafloor and ocean powers hydrothermal vents. Heat and rocky particles are transported through the ocean, triggering localised melting in the icy shell above. This leads to the formation of fissures, from which jets of water vapour and the rocky particles from the seafloor are ejected into space. In the graphic, the interior 'slice' is an excerpt from a new model that simulated this process. The orange glow represents the parts of the core where temperatures reach at least 90°C. Tidal heating owing to the friction arising between particles in the porous core provides a key source of energy, but is not illustrated in this graphic. The tidal heating results primarily from the gravitational pull from Saturn. Credit: Surface: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute; interior: LPG-CNRS/U. Nantes/U. Angers. Graphic composition: ESA)


 토성의 위성인 엔셀라두스는 작은 얼음위성이지만, 거대한 수증기와 얼음의 간헐천을 뿜어내기 때문에 내부에 액체 상태의 물이 있다는 것이 정설로 받아들여지고 있습니다. 엔셀라두스는 지름 500km 정도의 작은 위성으로 그나마 얼음 성분이 많아서 열을 낼 수 있는 방사성 동위원소가 거의 없다는 점을 생각하면 액체 상태의 물을 만드는 힘은 토성의 중력이 의한 조석력이라고 생각할 수 있습니다. 


 낭트 대학의 게일 코블렛(Gaël Choblet from the University of Nantes in France)과 그의 동료들은 엔셀라두스의 내부를 시뮬레이션 해서 이와 같은 열에너지가 얼마나 오래 지속될 수 있는지를 연구했습니다. 엔셀라두스의 궤도는 태양계의 다른 위성처럼 약간 타원입니다. 따라서 토성에 가까이 다가갔을 때와 멀어질 때 중력의 차이가 발생하며 동시에 토성에 가까운 쪽과 먼 쪽 역시 중력의 차이가 발생합니다. 이 모두는 엔셀라두스를 잡아늘렸다 놓는 것과 비슷한 변형을 가하게 됩니다. 


 내부 암석 핵이 수축과 팽창을 반복하면 마찰로 인해 열에너지가 발생하는 데, 엔셀라두스 핵의 열에너지는 30GW급에 달하는 것으로 밝혀졌습니다. 내부에 100만kW급 핵발전소 30개가 있는 것과 마찬가지인데, 이로 인해 표면에는 얼음 지각이 존재하더라도 내부에는 바다가 형성됩니다. 바다 밑에서는 주변보다 훨씬 온도가 높은 핫 스팟이 존재하며 여기서 적어도 섭씨 90도의 뜨거운 물이 분출하는 것으로 예상됩니다. 따라서 두꺼운 얼음 지각을 뚫고 수백 km 높이의 간헐천이 분출될 수 있는 것입니다. 


 연구팀은 가장 강력한 핫 스팟의 경우 5GW라는 엄청난 에너지를 가지고 있다고 보고 있습니다. 따라서 적어도 수십 km에 달하는 두꺼운 얼음 지각을 녹일 수 있는 것으로 보입니다. 그리고 어쩌면 여기에 유기물이 풍부할 경우 생명체가 탄생할 가능성도 존재합니다. 


 하지만 여기서 중요한 것이 이런 상태가 얼마나 오래되었는지 입니다. 이런 열수 분출이 생성된지 얼마 되지 않은 것이라면 생명체가 탄생하기에 충분한 시간이 없었을 것입니다. 연구팀은 엔셀라두스가 이런 상태가 된 것이 적어도 수억년에서 길게는 수십 억년일 가능성이 크다는 연구 결과를 발표했습니다. 그렇다면 생명체의 존재를 확신할 순 없어도 충분히 의심할 수는 있는 셈입니다. 


 앞으로 나사는 이곳에 탐사선을 보낼 계획을 가지고 있습니다. 당장에 생명체 존재 유무를 판단하기는 어렵지만, 늦어도 이번 세기 안으로 생명체가 진짜 있는지 여부를 확실하게 알 수 있을 것으로 기대합니다. 


 참고 


 Gaël Choblet et al. Powering prolonged hydrothermal activity inside Enceladus, Nature Astronomy (2017). DOI: 10.1038/s41550-017-0289-8


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