기본 콘텐츠로 건너뛰기

태양계 이야기 161 - 엔셀라두스의 얼음 수증기를 만드는 힘



 이전 포스팅을 통해 한번 언급한 바가 있지만 토성의 위성 가운데서 엔셀라두스 (Enceladus) 는 몇가지 주목할 만한 특징 때문에 과학자들의 관심을 끌고 있습니다. (이전 포스트 http://jjy0501.blogspot.kr/2012/07/96.html 참조) 그 중에서 가장 관심을 끌는 부분은 지름 500 km 정도 밖에 안되는 작은 얼음 위성의 내부에 액체 상태의 물의 존재가 의심된다는 점입니다.



(카시니에 의해 촬영된 엔셀라두스 As it swooped past the south pole of Saturn's moon Enceladus on July 14, 2005, Cassini acquired high resolution views of this puzzling ice world. From afar, Enceladus exhibits a bizarre mixture of softened craters and complex, fractured terrains. Credit : NASA/JPL/Space Science Institute)


 토성과 그 위성들을 탐사하기 위해 발사된 카시니가 엔셀라두스에 접근했을 때 그 주변에서 정말 예기치 않았던 현상을 발견했는데 그것은 수증기와 얼음의 간헐천 처럼 뿜어져 나오는 것이었습니다.




(엔셀라두스의 남극, tiger stripes 에서 나오고 있는 수증기와 얼음 입자 Dramatic plumes, both large and small, spray water ice out from many locations along the famed "tiger stripes" near the south pole of Saturn's moon Enceladus. Credit : NASA/JPL/Space Science Institute)



 엔셀라두스의 특이한 외형과 간헐천은 사실 내부의 액체 상태의 물 (즉 바다) 가 있다고 생각하면 설명이 가능합니다. 얼음 + 암석으로 이뤄진 엔셀라두스 내부에 어떤 에너지가 가해지면 얼음 지각의 일부가 녹아서 일종의 물로 이뤄진 맨틀을 만들고 이것이 지구에서 보는 맨틀처럼 화산으로 분출할 수 있습니다. 다만 이 경우 분출하는 것은 용암이 아니라 액체 상태의 물인데 외부 기온은 극저온의 상태이므로 곧 얼음 입자로 바뀌게 됩니다. 이런 현상은 일종의 Cryovolcanism  라고 볼 수 있습니다. 그리고 이 얼음입자가 눈처럼 내려 엔셀라두스의 순백의 표면을 만들게 됩니다. 얼음 지각의 균열은 독특한 주름을 만들게 됩니다.



(엔셀라두스 내부에서 얼음과 수증기의 간헐천이 나오는 메카니즘에 대한 설명 중 하나. 높은 압력의 액체 상태의 물이 뿜어져 나온다고 생각하면 이해가 가능 One possible scheme for Enceladus's cryovolcanism.
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Enceladus_Cold_Geyser_Model.svg  )


 이 작은 얼음 위성에 내부에 액체 상태의 물이 외부로 분출할 만큼 존재하게 만드는 에너지원에 대해서는 이전부터 토성의 중력의 힘이 유력한 용의자로 지목되었습니다. 여기에 더해서 인근의 다른 위성인 디오네의 영향력도 작용하는 것으로 생각되기도 했습니다. (또 다른 설명은 엔셀라두스 내부의 방사성 동위원소입니다)



 나사 카시니팀의 과학자이자 코넬 대학의 연구자인 맷 헤드맨 (Matt Hedman,  Cassini team scientist based at Cornell University in Ithaca, N.Y ) 과 그의 동료들은 2005 년 카시니가 엔셀라두스에서 얼음과 수증기의 간헐천을 처음 발견한 이후 어떤 패턴이 존재하는지에 대해서 검토했습니다.


 이전 포스트에서 언급했듯이 엔셀라두스는 토성 중심에서 평균 237948 km 정도 되는 거리를 거의 원에 가까운 궤도로 (이심율 0.0047) 돌고 있는 위성입니다. 따라서 조석력의 차이에 의한 내부 에너지는 크지 않을 것 같지만 토성에서 워낙 가까운 거리를 돌고 있기 때문에 그 영향력은 사실 적지 않은 것 같습니다.


 헤드맨과 그의 동료들이 2005 년에서 2012 년사이 카시니가 찍은 200 장 이상의 사진을 면밀히 분석한 바에 따르면 엔셀라두스에서 나오는 간헐천의 양은 토성에서 가까울 때 가장 적고, 반대로 가장 멀어지면 그 3-4 배 정도로 증가하는 것으로 나타났습니다.



(이번 연구에서는 카시니의 사진을 분석. 엔셀라두스의 간헐천의 분출량을 측정했음. Squeezing and Releasing Enceladus: This set of images from NASA's Cassini mission shows how the gravitational pull of Saturn affects the amount of spray coming from jets at the active moon Enceladus. Enceladus has the most spray when it is farthest away from Saturn in its orbit (inset image on the left) and the least spray when it is closest to Saturn (inset image on the right). (Credit: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Cornell/SSI) )


 언뜻 생각하기에는 토성에 가까워 지면 중력으로 쥐어짜는 힘이 강해져 더 많은 간헐천이 나올 듯 하지만 실제로 간헐천의 분출량을 조절하는 것은 간헐천의 입구의 크기라고 과학자들은 믿고 있습니다. 따라서 가장 틈이 크게 벌어지는 위치에서 (즉 토성에서 가장 멀어지는 원일점에서) 가장 많은 간헐천이 분출되게 됩니다.


 엔셀라두스는 토성에서 멀어지고 가까워짐에 따라 수축과 이완을 반복하게 되며 이 과정에서 내부의 열에너지가 발생 액체 상태의 물이 존재하는 것으로 보입니다. 그리고 이전에 설명한 대로 내부의 물은 순수한 물의 상태가 아니라 여러가지 이물질이 섞여 있는 것으로 보입니다.


 일부에서는 엔셀라두스 내부에 바다가 있고 여기에서 생명체 발생이 가능할지도 모른다고 생각하고 있습니다. 진실이 어떤 것인지는 모르지만 극저온의 얼음 세계에서도 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 메카니즘을 시사한다는 측면에서 엔셀라두스는 아름다운 외형 만큼이나 흥미로운 연구 주제 입니다. 이번 연구는 네이처에 실렸습니다.


 참고


http://en.wikipedia.org/wiki/Enceladus_%28moon%29

http://www.sciencedaily.com/releases/2013/07/130731155339.htm

Journal Reference:

  1. M. M. Hedman, C. M. Gosmeyer, P. D. Nicholson, C. Sotin, R. H. Brown, R. N. Clark, K. H. Baines, B. J. Buratti & M. R. Showalter. An observed correlation between plume activity and tidal stresses on Enceladus. Nature, 2013; DOI: 10.1038/nature12371


라벨:

댓글

댓글 쓰기

이 블로그의 인기 게시물

세상에서 가장 큰 벌

( Wallace's giant bee, the largest known bee species in the world, is four times larger than a European honeybee(Credit: Clay Bolt) ) (Photographer Clay Bolt snaps some of the first-ever shots of Wallace's giant bee in the wild(Credit: Simon Robson)  월리스의 거대 벌 (Wallace’s giant bee)로 알려진 Megachile pluto는 매우 거대한 인도네시아 벌로 세상에서 가장 거대한 말벌과도 경쟁할 수 있는 크기를 지니고 있습니다. 암컷의 경우 몸길이 3.8cm, 날개너비 6.35cm으로 알려진 벌 가운데 가장 거대하지만 수컷의 경우 이보다 작아서 몸길이가 2.3cm 정도입니다. 아무튼 일반 꿀벌의 4배가 넘는 몸길이를 지닌 거대 벌이라고 할 수 있습니다.   메가칠레는 1981년 몇 개의 표본이 발견된 이후 지금까지 추가 발견이 되지 않아 멸종되었다고 보는 과학자들도 있었습니다. 2018년에 eBay에 표본이 나왔지만, 언제 잡힌 것인지는 알 수 없었습니다. 사실 이 벌은 1858년 처음 발견된 이후 1981년에야 다시 발견되었을 만큼 찾기 어려운 희귀종입니다. 그런데 시드니 대학과 국제 야생 동물 보호 협회 (Global Wildlife Conservation)의 연구팀이 오랜 수색 끝에 2019년 인도네시아의 오지에서 메가칠레 암컷을 야생 상태에서 발견하는데 성공했습니다.   메가칠레 암컷은 특이하게도 살아있는 흰개미 둥지가 있는 나무에 둥지를 만들고 살아갑니다. 이들의 거대한 턱은 나무의 수지를 모아 둥지를 짓는데 유리합니다. 하지만 워낙 희귀종이라 이들의 생태에 대해서는 거의 알려진 바가 없습니다.  (동영상)...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

몸에 철이 많으면 조기 사망 위험도가 높다?

 철분은 인체에 반드시 필요한 미량 원소입니다. 헤모글로빈에 필수적인 물질이기 때문에 철분 부족은 흔히 빈혈을 부르며 반대로 피를 자꾸 잃는 경우에는 철분 부족 현상이 발생합니다. 하지만 철분 수치가 높다는 것은 반드시 좋은 의미는 아닙니다. 모든 일에는 적당한 수준이 있게 마련이고 철 역시 너무 많으면 여러 가지 질병을 일으킬 수 있습니다. 철 대사에 문제가 생겨 철이 과다하게 축적되는 혈색소증 ( haemochromatosis ) 같은 드문 경우가 아니라도 과도한 철분 섭취나 수혈로 인한 철분 과잉은 건강에 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 높은 철 농도가 수명에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다.   하버드 대학의 이야스 다글라스( Iyas Daghlas )와 임페리얼 칼리지 런던의 데펜더 길 ( Dipender Gill )은 체내 철 함유량에 영향을 미치는 유전적 변이와 수명의 관계를 조사했습니다. 연구팀은 48972명의 유전 정보와 혈중 철분 농도, 그리고 기대 수명의 60/90%에서 생존 확률을 조사했습니다. 그 결과 유전자로 예측한 혈중 철분 농도가 증가할수록 오래 생존할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다. 이것이 유전자 자체 때문인지 아니면 높은 혈중/체내 철 농도 때문인지는 명확하지 않지만, 높은 혈중 철 농도가 꼭 좋은 뜻이 아니라는 것을 시사하는 결과입니다.   연구팀은 이 데이터를 근거로 건강한 사람이 영양제나 종합 비타민제를 통해 과도한 철분을 섭취할 이유는 없다고 주장했습니다. 어쩌면 높은 철 농도가 조기 사망 위험도를 높일지도 모르기 때문입니다. 그러나 임산부나 빈혈 환자 등 진짜 철분이 필요한 사람들까지 철분 섭취를 꺼릴 필요가 없다는 점도 강조했습니다. 연구 내용은 정상보다 높은 혈중 철농도가 오래 유지되는 경우를 가정한 것으로 본래 철분 부족이 있는 사람을 대상으로 한 것이 아니기 때문입니다. 낮은 철분 농도와 빈혈이 건강에 미치는 악영향은 이미 잘 알려져 있기 때문에 철...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

사막에서 식물을 재배하는 온실 Ecodome

 지구 기후가 변해가면서 일부 지역에서는 비가 더 많이 내리지만 반대로 비가 적게 내리는 지역도 생기고 있습니다. 일부 아프리카 개도국에서는 이에 더해서 인구 증가로 인해 식량과 물이 모두 크게 부족한 현상이 지속되고 있습니다. 이를 해결하기 위한 여러 가지 아이디어들이 나오고 있는데, 그 중 하나가 사막 온실입니다.   사막에 온실을 건설한다는 아이디어는 이상해 보이지만, 실제로는 다양한 사막 온실이 식물재배를 위해서 시도되고 있습니다. 사막 온실의 아이디어는 낮과 밤의 일교차가 큰 사막 환경에서 작물을 재배함과 동시에 물이 증발해서 사라지는 것을 막는데 그 중요한 이유가 있습니다.   사막화가 진행 중인 에티오피아의 곤다르 대학( University of Gondar's Faculty of Agriculture )의 연구자들은 사막 온실과 이슬을 모으는 장치를 결합한 독특한 사막 온실을 공개했습니다. 이들은 이를 에코돔( Ecodome )이라고 명명했는데, 아직 프로토타입을 건설한 것은 아니지만 그 컨셉을 공개하고 개발에 착수했다고 합니다.   원리는 간단합니다. 사막에 건설된 온실안에서 작물을 키움니다. 이 작물은 광합성을 하면서 수증기를 밖으로 내보네게 되지만, 온실 때문에 이 수증기를 달아나지 못하고 갖히게 됩니다. 밤이 되면 이 수증기는 다시 응결됩니다. 그리고 동시에 에코돔의 가장 위에 있는 부분이 열리면서 여기로 찬 공기가 들어와 외부 공기에 있는 수증기가 응결되어 에코돔 내부로 들어옵니다. 그렇게 얻은 물은 식수는 물론 식물 재배 모두에 사용 가능합니다.  (에코돔의 컨셉.  출처 : Roots Up)   (동영상)   이 컨셉은 마치 사막 온실과 이슬을 모으는 담수 장치를 합쳐놓은 것이라고 말할 수 있습니다. 물론 실제로도 잘 작동할지는 직접 테스트를 해봐야 알 수...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기