(Extensional faults (arrows) on the surface of Pluto indicate expansion of the dwarf planet's icy crust, attributed to freezing of a subsurface ocean. Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Alex Parker)
뉴호라이즌스가 직접 촬영한 명왕성의 표면은 생각보다 매우 복잡한 지형을 지니고 있었습니다. 그리고 그 표면은 생각보다 훨씬 젊었습니다. 이 얼음 천체가 활발한 지질 활동을 겪었다는 증거입니다. 일부 과학자들은 명왕성이 현재도 액체 상태의 물을 내부에 지니고 있을 수 있다고 보고 있습니다. 그런데 과연 생성 초기에는 어떠했을까요?
UC 산타 크루즈 (UC Santa Cruz)의 카버 비어슨 (Carver Bierson)와 그 동료들은 두 개의 명왕성 생성 가설을 비교 연구했습니다. 첫 번째는 명왕성이 지구처럼 초기에는 뜨거운 상태로 시작했다는 뜨거운 시작 (hot start) 가설이고 두 번째는 일반적인 소행성처럼 차가운 물질이 모여 시작했다는 차가운 시작 (cold start) 가설입니다.
연구팀은 현재의 명왕성 표면 지형을 고려하면 차가운 시작보다는 뜨거운 시작 가설이 더 타당하다는 결론을 내렸습니다. 물이 얼면 부피가 커지는데, 명왕성 표면 지형을 보면 수축보다는 팽창의 흔적이 잘 보이기 때문입니다. 명왕성 표면에는 함몰 지형보다는 팽창에 따른 균열이 잘 보입니다. (사진 참조)
연구팀의 계산에 따르면 초기 명왕성을 녹인 열은 물질이 뭉치면서 생기는 중력에서 나오는 에너지와 방사성 동위원소 붕괴에 따른 열입니다. 특히 중력 에너지가 모두 열로 바뀔 경우 반드시 내부에 액채 상태의 물을 지니는 것으로 나타났습니다. 따라서 초기에는 녹은 상태로 시작했다가 표면부터 다시 얼어 현재의 상태가 되었다고 생각할 수 있습니다.
아마도 가장 흥미로운 질문은 그렇다면 지금 명왕성 내부에 아직 액체 상태의 물이 존재하느냐는 것입니다. 초기에 있던 열은 현재는 거의 사라졌지만, 내부 동위 원소에 의한 열은 지금도 생성될 수 있습니다. 명왕성 표면 지형은 비교적 최근에 생성된 것도 있어 여전히 내부 액체가 존재할 가능성을 시사합니다. 두 번째 질문은 명왕성 같은 형태가 다른 카이퍼 벨트 왜행성에서도 일반적인지입니다. 이 부분은 직접 탐사를 통해 밝혀야 하겠지만, 어쩌면 에리스 같은 다른 천체도 비슷한 형태일지도 모릅니다.
뉴호라이즌스호는 명왕성의 디테일한 모습을 관측해 많은 정보를 전달했지만, 새로운 궁금증도 많이 남겼습니다. 결국 언젠가 인류는 새로운 질문에 대한 답을 찾기 위해 명왕성과 다른 얼음 천체를 다시 방문할 것입니다.
참고
Evidence for a hot start and early ocean formation on Pluto, Nature Geoscience (2020). DOI: 10.1038/s41561-020-0595-0 , www.nature.com/articles/s41561-020-0595-0
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