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태양계 이야기 855 - ALMA가 확인한 목성의 위성 이오의 대기


 

(Composite image showing Jupiter's moon Io in radio (ALMA), and optical light (Voyager 1 and Galileo). The ALMA images of Io show for the first time plumes of sulfur dioxide (in yellow) rise up from its volcanoes. Jupiter is visible in the background (Hubble). Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), I. de Pater et al.; NRAO/AUI NSF, S. Dagnello; NASA/ESA)



 칠레 고산 지대에 위치한 ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)는 세계 최대의 전파 망원경 어레이 중 하나로 이름처럼 밀리미터/서브밀리미터 파장 천문학에서 새 역사를 쓰는 거대 과학 관측 장비 중 하나입니다. 



 ALMA : https://blog.naver.com/jjy0501/100183228811



 ALMA의 위력은 파장이 긴 전파가 뚫고 나올 수 있는 먼지와 가스로 가려진 천체들입니다. 은하 중심 블랙홀이나 수많은 별이 태어나는 가스 성운 등이 대표적인 경우라고 하겠습니다. 하지만 최근 과학자들은 이렇게 멀리 떨어진 천체가 아니라 태양계 탐사에서도 ALMA가 성과를 거둘 수 있다는 것을 증명했습니다. 



 캘리포니아 대학 버클리 캠퍼스의 임케 데 파터 (Imke de Pater of the University of California, Berkeley)와 그 동료들은 ALMA의 높은 분해능을 이용해 태양계에서 가장 독특한 위성 중 하나인 이오(Io)의 비밀을 풀었습니다. 이오는 목성의 강력한 중력과 조석력에 의해 내부가 뜨거워져 태양계에서 가장 많은 400개에 달하는 활화산을 지닌 천체가 되었습니다. 



 높이 150km까지 치솟는 거대한 화산 분출과 표면을 덮고 있는 황 성분이 풍부한 화산 분출물은 태양계 어떤 천체에서도 볼 수 없는 이오만의 풍경입니다. 그리고 이로 인해 비교적 작은 위성임에도 불구하고 희박한 대기를 지닌 위성이기도 합니다. 비록 지구 대기 밀도의 10억 분의 1 수준이지만, 일산화황(SO)과 이산화황(SO2) 성분의 대기를 지니고 있는 것입니다. 



 그런데 과학자들은 이 황 성분 대기가 화산에서 직접 분출된 것인지 아니면 화산 분출물이 태양에너지에 의해 이차적으로 기화되어 생긴 것인지 확신하지 못했습니다. 연구팀은 이오가 목성의 그림자에 들어갈 때는 이오 표면의 산화황 분자가 기화하지 못하므로 순수하게 화산에서 나온 기체만 대기에 존재한다는 점에 착안했습니다. 만약 이때 ALMA를 이용해서 기체의 종류와 양을 확인하면 화산에서 나온 것만 확인할 수 있습니다. 



 그 결과 이오의 화산에서 나오는 기체의 양의 대기의 30-50% 정도라는 사실이 밝혀졌습니다. 여기에 더해 ALMA는 염화 칼륨 (potassium chloride, KCI)이라는 세 번째 가스의 존재도 확인했습니다. 전파 망원경을 통한 태양계 천체 대기 연구의 가능성을 확인한 셈입니다. 



 화산에서 직접 나왔던 아니면 화산 분출물에서 나왔던 간에 거의 100% 화산 대기를 지닌 천체는 역시 이오가 유일할 것입니다. 태양계의 화산 천체라고 불러도 손색이 없다고 생각합니다. 



 참고 



This research titled "ALMA Observations of Io Going into and Coming out of Eclipse" has been accepted in the Planetary Science Journal ( DOI: 10.3847/PSJ/abb93d ). Preprint: arxiv.org/abs/2009.07729


https://phys.org/news/2020-10-alma-volcanic-impact-io-atmosphere.html
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