태양계 이야기 507 - 목성의 구름 아래를 보다

(In this animated gif, optical images of the surface clouds encircling Jupiter's equator --including the famous Great Red Spot -- alternate with new detailed radio images of the deep atmosphere (up to 30 kilometers below the clouds). The radio map shows ammonia-rich gases rising to the surface (dark) intermixed with descending, ammonia-poor gases (bright). In the cold temperatures of the upper atmosphere (160 to 200 Kelvin, or -170 to -100 degrees Fahrenheit), the rising ammonia condenses into clouds, which are invisible in the radio region. Credit: Radio: Robert J. Sault (Univ. Melbourne), Imke de Pater and Michael H. Wong (UC Berkeley). Optical: Marco Vedovato, Christopher Go, Manos Kardasis, Ian Sharp, Imke de Pater.)

 목성 같은 거대 가스 행성의 구름은 여러 층으로 되어 있습니다. 이 행성은 단단한 지표가 있는 대신 깊이 들어갈수록 가스의 농도가 높아지다가 아주 깊은 곳에서 액체 상태의 가스와 만나게 되는 구조입니다. 그리고 가장 외곽층의 가스는 대기, 구름과 함께 다양한 기상현상을 일으키게 됩니다. 이런 대기 현상은 태양에너지 및 내부에서 나오는 에너지와 더불어 대기의 구성 물질에 큰 영향을 받게 됩니다. 태양계에 똑같이 생긴 가스 행성이 없는 것은 그런 이유에서입니다. 

 과학자들은 목성의 다양한 줄무늬가 서로 다른 물질의 층으로 구성된 구름과 강한 바람에 의해 생성된다는 것을 알고 있습니다. 1995년의 갈릴레오 미션은 목성의 구름 층 사이에서 암모니아가 풍부한 가스 층의 존재를 찾아냈습니다. 물의 얼음, 암모니아 및 수산화암모니아의 층은 목성의 대기와 가스층이 여러 층으로 존재한다는 것을 의미합니다. 

 그런데 지상에서의 전파 관측은 이와 다른 양상으로 암모니아의 밀도가 예상보다 낮게 나타났습니다. 이는 실제로 관측상의 문제였는데, 목성처럼 자전 주기가 빠른 행성에서 관측이 쉽지 않기 때문입니다. 

 캘리포니아 대학의 연구팀은 뉴 멕시코에 있는 칼 G. 잔스키 전파 망원경 어레이(Karl G. Jansky Very Large Array)를 사용해서 목성 구름 아래 100km 밑에 있는 암모니아가 풍부한 구름층의 존재를 연구했습니다. 이번 연구를 통해서 암모니아나 수산화암모니아가 풍부한 가스층이 일부 지역에서 상승하고 가라앉는 모습을 확인할 수 있었습니다. 

(The VLA radio map of the region around the Great Red Spot in Jupiter's atmosphere shows complex upwellings and downwellings of ammonia gas (upper map), that shape the colorful cloud layers seen in the approximately true-color Hubble map (lower map). Two radio wavelengths are shown in blue (2 cm) and gold (3 cm), probing depths of 30-90 kilometers below the clouds. Credit: Radio: Michael H. Wong, Imke de Pater (UC Berkeley), Robert J. Sault (Univ. Melbourne). Optical: NASA, ESA, A.A. Simon (GSFC), M.H. Wong (UC Berkeley), and G.S. Orton (JPL-Caltech))

 현재 목성 궤도에는 갈릴레오 이후 탐사선이 없기 때문에 과학자들은 전파 망원경과 광학 망원경을 이용해서 연구를 진행할 수밖에 없습니다. 하지만 머지 않아 주노가 목성 궤도에 도달하게 되면 상황이 바뀌게 될 것입니다. 주노는 전례 없는 정밀한 관측 기기로 목성의 베일 속에 가려진 가스층을 연구할 예정이기 때문입니다. 다시 말해 인류가 다시 목성을 근접 위치에서 관측할 기회를 얻게 된다는 것입니다. 

 과연 이번에 어떤 사실이 밝혀지게 될지는 아무도 모릅니다. 앞으로 관측 결과를 기대합니다. 

 참고 

"Peering through Jupiter's clouds with radio spectral imaging," Science, DOI: 10.1126/science.aaf2210 

 http://phys.org/news/2016-06-radio-jupiter-reveals-beneath-clouds.html#jCp