(Artist’s concept of the atmospheric collapse of Jupiter’s volcanic moon Io, which is eclipsed by Jupiter for two hours of each day (1.7 Earth days). The resulting temperature drop freezes sulfur dioxide gas, causing the atmosphere to “deflate,” as seen in the shadowed area on the left.
Credits: SwRI/Andrew Blanchard)
태양계에는 대기를 가진 위성들이 존재합니다. 가장 대표적인 것은 토성의 위성 타이탄으로 지구보다도 더 밀도가 높은 대기를 가지고 있습니다. 하지만 희박한 밀도의 대기를 가진 위성도 있는데, 목성의 위성 이오가 여기에 속합니다.
본래 정상적인 상황에서는 이오처럼 작은 천체는 대기를 가질 수 없습니다. 하지만 이오는 태양계에서 화산활동이 가장 활발한 천체로 이를 통해 많은 가스가 분출되는 특징을 가지고 있습니다. 목성과의 가까운 거리 때문에 강력한 중력이 작용해서 내부 마찰열이 생기기 때문이죠.
사실 태양계에서 가장 강력한 화산이 이오에 있습니다. 이렇게 활발한 화산 활동으로 대기를 지니는 천체는 태양계에서는 이오가 유일합니다. 덕분에 희박하지만 대기 구성 물질도 이산화황 (sulfur dioxide (SO2)) 같은 화산 분출물입니다.
그런데 최근 사우스이스트 연구소(Southwest Research Institute)의 과학자들은 이오의 대기가 화산 활동은 물론 태양빛에 따라서도 변한다는 흥미로운 사실을 발견했습니다. 이들은 8m 구경의 제미니 노스 망원경에 장착된 Texas Echelon Cross Echelle Spectrograph (TEXES) 장치를 이용해서 이오의 대기 변화를 관측했습니다.
이오는 태양에서 멀리 떨어져있기 때문에 화산 위성이라고 해도 본래 표면 온도가 낮은 편입니다. 태양빛이 비추는 낮에도 온도는 -148℃에 불과합니다. 그런데 한 가지 흥미로운 사실은 이오가 목성에 매우 가깝게 공전하고 있기 때문에 (공전 주기도 1.7일에 불과) 매 주기마다 2시간 정도 목성의 그림자에 가린다는 것입니다. 이때는 온도가 더 내려가서 -168℃가 됩니다.
이산화항은 본래 녹는점이 -75.5℃정도이고 끓는 점이 -10℃이지만, 이오의 희박한 대기압에서는 승화작용에 의해 고체에서 바로 기체로 변합니다. 연구팀은 이오가 목성의 그림자에 들어갈 때마다 이산화황 대기가 축소된다는 흥미로운 사실을 발견했습니다.
(An artist’s rendering depicts the atmosphere on Io, Jupiter’s volcanic moon, as it collapses during daily eclipses. Credit: Southwest Research Institute)
이렇게 식현상에 의해 대기가 바뀌는 것은 사실 이오에서 처음 발견된 것입니다. 태양계는 우주에 흔한 행성계에 불과하지만, 그안에는 우리가 아직 알지 못하는 비밀이 이렇게 많이 남아있습니다.
앞으로 이오에 대한 더 상세한 정보가 현재 목성 궤도에 진입한 주노에 의해 밝혀지기를 기대해 봅니다.
참고
The collapse of Io's primary atmosphere in Jupiter eclipse, DOI: 10.1002/2016JE005025 ,http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016JE005025/abstract
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