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우주 이야기 1587 - 슈퍼 지구는 대기를 보호할 강력한 자기장을 지녔다?


 (Deep layers of molten rock inside some super-earths could generate powerful magnetic fields—potentially stronger than Earth’s—and help shield these exoplanets from harmful radiation. Credit: University of Rochester Laboratory for Laser Energetics / Michael Franchot)

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(Target design. Credit: Nature Astronomy (2026). DOI: 10.1038/s41550-025-02729-x)

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태양계에는 존재하지 않지만, 우주에는 슈퍼 지구형 외계 행성이 흔합니다. 지구보다 몇 배 큰 암석형 행성이기 때문에 강한 중력으로 두꺼운 대기를 만들 수 있어 생명체 존재 가능성이 높은 천체로 여겨지기도 합니다.

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하지만 일부 과학자들은 반대로 슈퍼 지구에 생명체가 존재하기 불리한 조건이 있다고 생각합니다. 만약 슈퍼지구가 지구처럼 외핵이 액체 상태로 되어 있지 않다면 다이나모 현상에 따라 강한 자기장이 생성되지 않을 수 있다는 게 근거 중 하나입니다.

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미키 나카지마 교수 (Miki Nakajima, an associate professor in the Department of Earth and Environmental Sciences)가 이끄는 로체스터 대학의 연구팀은 슈퍼 지구가 액체 상태의 외핵 없이도 강한 자기장을 생성할 수 있다는 가설을 발표했습니다.

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슈퍼 지구의 깊은 내부 맨틀 아래에는 용암 바다(basal magma ocean, BMO)가 존재할 수 있으며, 이는 전기적으로 전도성을 가지는 고압 상태의 용암층으로, 강력하고 장기적인 자기장을 생성할 수 있다는 게 주장의 핵심입니다.

연구팀은 로체스터 대학 레이저 에너지 연구소(Laboratory for Laser Energetics)에서 레이저 충격 실험(laser shock experiments)을 수행했습니다. 이 실험은 슈퍼 지구 맨틀층 아래의 극한 압력(수백 기가파스칼, GPa)과 온도 조건을 재현하여, 용암(주로 (Mg,Fe)O)의 전기 전도성을 측정하는 데 목적이 있습니다.

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동시에 연구팀은 양자역학적 시뮬레이션(quantum mechanical simulations)과 행성 진화 모델(planetary evolution models)을 결합해, 용암이 얼마나 오래 전도성 상태를 유지할 수 있는지, 그리고 그로 인해 얼마나 강력한 자기장이 생성될 수 있는지를 계산했습니다.

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그 결과, 극한 압력 아래에서 용암(Mg,Fe)O는 전기 전도성이 높아졌으며, 이는 전류가 흐를 수 있는 상태가 되었습니다. 이는 자기장 생성을 위한 전기적 조건으로 이때 흐르는 전류는 지구의 핵과 비슷한 방식으로 자기장을 발생시킬 수 있습니다.

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연구팀은 실험 및 시뮬레이션 결과를 토대로 지구보다 3~6배 이상 큰 슈퍼 지구에서 용암 바다(BMO)가 지구 핵보다 강력하고 오래 지속되는 자기장을 생성할 수 있다고 주장했습니다. 이는 행성의 대기를 유지하고, 우주 방사선으로부터 생명체를 보호하는 데 매우 중요한 조건입니다.

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물론 직접 가서 자기장을 측정하고 생명체를 찾는 게 가장 정확하지만, 그럴 수 없는 상태에서는 여러 가지 간접적인 방법으로 최대한 궁금증을 풀어 나가는 것이 과학자의 자세이기도 합니다. 그리고 노력하다 보면 슈퍼 지구에서 상당히 분명한 생명체 증거를 찾는 날도 올 것으로 믿습니다.

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참고

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https://phys.org/news/2026-01-hidden-magma-oceans-shield-rocky.html

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Miki Nakajima et al, Electrical conductivities of (Mg,Fe)O at extreme pressures and implications for planetary magma oceans, Nature Astronomy (2026). DOI: 10.1038/s41550-025-02729-x

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