(Organic matter in nebula could be the source of terrestrial water. Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA))
(The interstellar organic matter analog producing water droplets and oil as the heating temperature rose. At 102 ℃, analog of organic matter was uniform. At 350 ℃, water droplets were clearly seen. At 400 ℃, black oil was evidently produced. Credit: Hideyuki Nakano et al., Scientific Reports, May 8, 2020)
지구는 표면의 70.8%가 바다로 덮혀 있는 물의 행성입니다. 사실 대기는 태양계의 다른 행성과 위성에서도 흔히 볼 수 있지만, 표면의 상당 부분이 액체 상태의 물인 행성은 지구가 유일합니다. 당연히 과학자들은 이 물이 어디서 유래했는지에 대해서 큰 관심을 갖고 있습니다. 현재까지 뚜렷한 정설은 없고 크게 두 가지 가설이 대립하고 있는데, 얼음이 생성될 수 있는 스노우 라인 (snow line) 밖에 먼 장소에서 온 혜성과 소행성이 지구에 충돌해서 물을 공급했다는 것과 지구 내부 지각에서 물이 나왔다는 가설입니다.
훗카이도 대학의 행성 과학자인 아키라 코우치 (Akira Kouchi at Hokkaido University)는 후자에 속하기는 하지만, 새로운 소스에 눈을 돌렸습니다. 그것은 우주에 흔한 유기물입니다. 과학자들은 성운과 성간 가스에서 적지 않은 종류의 유기물을 발견했는데, 이 유기물이 높은 온도에서 화학 반응을 일으키면 그 부산물로 물이 나오게 됩니다.
연구팀은 우선 우주 공간에서 자외선과 단순한 가스를 이용해서 유기물을 만드는 과정부터 시작했습니다. 물, 일산화탄소, 암모니아를 넣고 화학 반응을 일으켜 더 복잡한 유기물로 만든 후 여기에 섭씨 24도에서 400도까지 온도를 변화시키면서 압력을 가했습니다. 이는 행성이 형성될 때 유기물이 높은 압력과 열을 받는다는 점을 감안한 것입니다.
그 결과 흥미롭게도 섭씨 100도까지는 균일하게 유지되던 샘플이 섭씨 200도에서는 두 가지 형태로 변하기 시작해서 섭씨 400도에 이르면 기름과 물로 분리되는 것을 확인할 수 있었습니다. (사진) 본래 물을 원료로 만든 유기물인데 당연하지 않냐고 생각할 수 있지만, 그렇지 않은게, 이런 유기물은 스노우 라인 안에서도 증발하지 않고 존재할 수 있기 때문입니다. 만약 이런 단순한 성간 유기물에서 물이 생성되었다면 굳이 먼 장소에서 얼음이 풍부한 혜성이나 소행성이 와서 지구에 충돌할 필요가 없습니다.
이 연구 자체는 어떤 가설이 옳은지 증명해주지는 않습니다. 하지만 반드시 혜성이 아니라도 상당한 양의 물을 공급할 수 있는 유기물이 우주에 존재한다는 점을 시사하고 있습니다. 연구팀은 현재 진행 중인 일본의 소행성 탐사선 하야부사 2가 소행성 류구의 샘플을 가지고 지구에 무사히 당도하면 더 정확한 결론을 내릴 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.
참고
Hideyuki Nakano et al. Precometary organic matter: A hidden reservoir of water inside the snow line, Scientific Reports (2020). DOI: 10.1038/s41598-020-64815-6
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