태양계 이야기 539 - 세레스의 얼음 화산

(Volcanic dome Ahuna Mons rises above a foreground impact crater, as seen by NASA's Dawn spacecraft with no vertical exaggeration. Eruptions of salty, muddy water built the mountain by repeated eruptions, flows, and freezing. Streaks from falls of rocks and debris run down its flanks, while overhead views show fracturing across its summit. Credit: Dawn Science Team and NASA/JPL-Caltech/GSFC )​

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 나사의 던 탐사선의 데이터를 이용해서 과학자들이 세레스의 얼음화산의 모습을 전례없이 세밀하게 복원했습니다. 세레스에는 독특한 흰색 지형은 물론 작은 크기에 걸맞지 않은 산들이 존재하는데, 그 정체는 바로 물의 얼음으로 이뤄진 화산입니다.

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 애리조나 주립대학의 데이빗 윌리엄 교수(David Williams, associate research professor in Arizona State University's School of Earth and Space Exploration)와 그의 연구팀은 던 탐사선의 자료를 분석해서 세레스의 거대 화산인 아후나 몬스(Ahuna Mons)의 구조를 연구했습니다.

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 아후나 몬스는 얼음 화산으로 너비가 18km, 높이가 대략 4,000m 정도입니다. 지구에 있어도 큰 화산인데, 세레스의 작은 크기를 생각하면 엄청나게 큰 화산인 셈이죠. 그리고 이 화산은 진흙과 염분이 포함된 물의 용암이 반복적으로 분출해서 생성된 화산입니다. 모양 역시 지구에서 볼 수 있는 순상화산과 비슷해 보입니다.

 물론 형성된 환경은 서로 상당한 차이가 있습니다. 지구의 화산은 흘러나온 용암의 점성에 따라 옆으로 넓게 퍼진 순상화산이나 위로 높게 올라간 종상화산으로 분류되는데, 세레스의 표면 중력은 지구에 비해 매우 낮기 때문에 어느 정도 점성이 없는 용암이 나와도 옆으로 천천히 퍼지게 될 것입니다. 하지만 물이 상대적으로 점성이 낮다는 점이 영향을 미쳐 지금같은 형태의 화산이 생성된 것으로 보입니다. 물론 불순물이 많은 물의 용암이라 세레스의 추운 환경에서도 빨리 얼지 않는 등의 여러 가지 요소가 함께 작용할 것입니다.

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 분출된 물의 용암은 세레스 내부의 열의 존재는 물론 물의 얼음이 풍부한 층이 있다는 사실을 다시 보여주는 사례입니다. 앞서 설명드린 세레스의 흰 지형 역시 물과 염분의 결과물입니다. 이는 소행성대에 생각보다 물이 많다는 증거가 될 수 있습니다. 동시에 세레스의 지형이 다양하다는 것은 그 구성이 생각보다 복잡하다는 증거이기도 합니다.

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(Dawn's Framing Camera looks down on the fractured summit of Ahuna Mons, tallest mountain on dwarf planet Ceres. The cracks on top suggest Ahuna grew by inflation: icy freezing water pushed up inside the mountain, making a dome. (This image and the following one have the same scale and orientation, and are taken from the Science paper.) Credit: Dawn Science Team and NASA/JPL-Caltech/GSFC ) 

 세레스에는 물과 바람의 작용이 없기 때문에 새로 형성된 화산은 좀처럼 침식되어 낮아지지 않습니다. 아마도 그것이 세레스에 큰 화산이 존재할 수 있는 이유 가운데 하나지만, 그렇다고 해서 이 얼음화산이 전혀 변하지 않는 것은 아닙니다. 세레스의 표면 온도는 영하 40도 수준이지만, 그래도 밤과 낮의 차이가 존재하며 수축과 팽창을 반복하면 표면 얼음에는 균열이 생기는 부위가 생길 수 있습니다. 그리고 그 균열에서 얼음 조각이 떨어져나가면서 산이 침식되거나 혹은 새로운 물의 용암이 솟아날 수 있습니다.

 태양계에는 얼음 화산을 가진 많은 천체들이 있습니다. 우리는 던 탐사선 덕분에 세레스의 얼음 화산을 전례 없이 세밀하게 관측할 수 있었습니다. 아마도 다음 단계는 표면에 직접 탐사선을 보내 이 얼음 속에 과연 무엇이 있는지를 확인하는 것이 될 것입니다. 가능성은 희박하지만, 생명체를 찾아보는 것도 흥미로운 도전이 될 것입니다.

 엉뚱한 상상이기는 하지만, 미래에 인류가 소행성대에 진출했을 때 이런 얼음 화산에서 귀중한 물을 채취해서 사용하지 않을까 하는 생각이 드네요.

 참고

      "Cratering on Ceres: Implications for its crust and evolution," Sciencescience.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aaf4759                                         

  http://phys.org/news/2016-09-ceres-tiny-world-volcanoes-erupt.html#jCp