(NASA's New Horizons spacecraft captured this high-resolution, enhanced color view of Pluto’s largest moon, Charon, just before closest approach on July 14, 2015. The image combines blue, red and infrared images taken by the spacecraft's Ralph/Multispectral Visual Imaging Camera (MVIC); the colors are processed to best highlight the variation of surface properties across Charon. Scientists have learned that reddish material in the north (top) polar region – informally named Mordor Macula – is chemically processed methane that escaped from Pluto’s atmosphere onto Charon. Charon is 754 miles (1,214 kilometers) across; this image resolves details as small as 1.8 miles (2.9 kilometers).
Credits: NASA/JHUAPL/SwRI)
작년 뉴호라이즌스호가 명왕성에 도달했을 때 명왕성의 모습도 놀라웠지만, 가장 큰 위성인 카론 역시 놀라운 모습을 보여줬습니다. 카론의 지형은 예상보다 훨씬 복잡했을 뿐 아니라 표면 물질 역시 균일하지 않았기 때문입니다. 처음에 과학자들은 왜 카론의 극지방만 붉은색으로 변했는지를 몰랐습니다.
뉴호라이즌스호의 데이터를 분석한 결과는 매우 흥미로운 것이었습니다. 국제 과학자팀이 저널 네이처에 공개한 내용에 따르면 카론의 붉은 색은 명왕성에서 유래된 것입니다. 명왕성에 존재하던 옅은 메탄 대기에서 나온 메탄 가스가 카론의 중력에 이끌려 극지방에서 얼음이 된 후 태양의 자외선의 영향으로 더 무거운 유기물로 바뀌면서 색깔이 붉은 색으로 변했다는 것이죠.
그런데 사실 이 이론을 검증하기는 만만치 않았습니다. 연구의 리더인 윌 그룬디(Will Grundy, a New Horizons co-investigator from Lowell Observatory)와 그의 동료들은 실제로 이런 일이 일어날 수 있는지 알기 위해 카론의 북극 지방의 환경을 조사했습니다.
카론의 북극은 248년이라는 명왕성의 공전 주기 동안 태양에서 반복적으로 멀어지거나 가까워지게 됩니다. 가장 추울 때 이 지역의 온도는 영하 257도에 달할 만큼 낮아집니다. 연구팀은 이런 낮은 기온에서 메탄이 충분히 바로 얼음이 될 수 있다고 보고 있습니다. 물론 이 메탄의 양은 얼마 되지 않기 때문에 카론 표면에 얇은 코팅으로 존재합니다. 그러다가 봄이 되면 다시 기화되는데, 이 때 일부 메탄이 태양의 자외선에 의해 더 무거운 탄화수소 화합물이 되면서 기화되지 않고 남게 됩니다.
이런 일이 오랜 세월 여러차례 반복되면 마침내 카론의 북극은 붉게 물듥 되는 것입니다. 흥미로운 것은 카론의 북극을 붉게 칠한 이 물질이 톨린(tholin)의 일종으로써 사실 타이탄을 노랗게 만드는 물질과 비슷한 계열이라는 점입니다. 다만 낮은 온도와 공기가 없는 환경들이 서로 다른 형태의 화합물을 만드는 것으로 보입니다.
태양계에서 이런 식으로 위성의 표면에 영향을 준 대기 현상은 찾아보기 어렵습니다. 작은 얼음 천체와 그 위성이지만, 명왕성과 카론은 태양계에서 가장 독특한 한 쌍인 셈입니다.
참고
W. M. Grundy et al. The formation of Charon's red poles from seasonally cold-trapped volatiles, Nature (2016). DOI: 10.1038/nature19340
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