태양계 이야기 844 - 목성의 위성이 서로를 따뜻하게 한다

(The four largest moons of Jupiter in order of distance from Jupiter: Io, Europa, Ganymede and Callisto. Credit: NASA)

목성의 가장 위성 네 개 - 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토 - 는 매우 가까운 거리에서 공전하고 있습니다. 그래서 독특한 궤도 공명 (orbital resonance)이 일어납니다. 이오, 유로파, 가니메데가 서로 1:2:4 궤도 공명이 일어나는 것입니다. 다시 말해 가니메데가 한 번 공전할 때 유로파는 2번, 이오는 4번 공전하게 됩니다. 그런데 이런 궤도 공명이 목성의 위성을 더 따뜻하게 만든다는 연구 결과가 나왔습니다.

나사 제트 추진 연구소의 하미쉬 헤이 (Hamish Hay, a postdoctoral fellow at the Jet Propulsion Laboratory)와 그 동료들은 위성 간의 중력과 공명현상이 목성의 4대 위성에 미치는 영향을 연구했습니다. 목성의 4대 위성을 합쳐도 사실 목성 질량의 5000분의 1에 불과하기 때문에 중력은 비교도 되지 않을 만큼 작습니다. 지구의 1/81 수준인 지구의 달에 비해 위성의 조석력은 미미할 것으로 보는 이유입니다.

하지만 연구팀은 목성의 4대 위성이 서로 근접해 있을 뿐 아니라 주기적으로 정해진 시간에 영향을 미쳐 조석 가열 (tidal heating) 효과가 매우 크다고 주장했습니다. 계속해서 주기를 맞춰 밀어주거나 당기기 때문에 그네처럼 점점 더 크게 흔들리게 된다는 것입니다. 연구팀에 따르면 위성 내부에 있는 것으로 보이는 커다란 바다는 목성의 중력에 의한 조석 작용만으로 설명될 수 없으며 각 위성에 의한 조석 가열에 의한 효과로 보인다고 합니다. 이 이론이 맞다면 가까이만 있어도 서로 뜨거워지는 위성들인 셈입니다.

목성의 위성계는 미니 태양계로 불립니다. 대부분의 질량은 목성이 지니고 있지만, 80개에 달하는 위성이 존재하며 태양계의 내행성 (수성, 금성, 지구, 화성)과 비슷한 4대 위성이 목성 주위를 공전하면서 저마다 다른 환경을 지니고 있기 때문입니다. 나사와 유럽 우주국은 앞으로 이 위성들에 탐사선을 보내 이 얼음 위성들의 비밀을 풀어낼 계획입니다. 그 때가 되면 조석 가열이 위성 내부 바다에 미치는 영향에 대해서 더 자세히 알 수 있을 것입니다.

참고

https://phys.org/news/2020-09-jupiter-moons.html

Hamish C. F. C. Hay et al, Powering the Galilean Satellites with Moon‐Moon Tides, Geophysical Research Letters (2020). DOI: 10.1029/2020GL088317

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