태양계 이야기 935 - 유로파 클리퍼는 유로파의 수증기를 관측할 수 있을까?

 (This composite image shows suspected plumes of water vapor erupting at the 7 o’clock position off the limb of Jupiter’s moon Europa. The plumes, photographed by NASA’s Hubble Space Telescope Imaging Spectrograph, were seen in silhouette as the moon passed in front of Jupiter. The Hubble data were gathered on January 26, 2014. The image of Europa, superimposed on the Hubble data, is assembled from data from the Galileo and Voyager missions.

Credits: NASA/ESA/W. Sparks (STScI)/USGS Astrogeology Science Center.)

(One of the first images of Enceladus’ water jets taken by NASA’s Cassini spacecraft on Nov. 27, 2005. In this image, Enceladus is backlit by the Sun.

Credits: NASA/JPL/Space Science Institute.)

 태양계의 얼음 위성 가운데는 내부에 상당한 크기의 바다가 있을 것으로 예상되는 천체들이 있습니다. 토성의 위성인 엔셀라두스와 목성의 위성 유로파가 대표적입니다. 그 가운데 가장 큰 바다가 있을 것으로 예상되는 유로파에는 다시 탐사선이 방문할 예정입니다. 그 탐사선이 바로 유로파 클리퍼입니다. 

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 유로파 클리퍼는 현재 한창 개발과 제작이 진행 중으로 2024년 발사되어 2030년 유로파에 도착할 예정 (물론 세부 일정은 개발 상황에 따라 계속 바뀔 수 있음)입니다. 과학자들이 유로파 클리퍼에 가장 크게 기대하는 관측 목표는 바로 유로파의 수증기 분출입니다. 엔셀라두스처럼 자주 강력한 분출이 일어나지는 않지만, 허블 우주 망원경은 유로파에서 물 분자가 분출하고 있다는 증거를 찾아냈습니다. 

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 유로파의 얼음 지각은 대략 60 - 160km 두께로 생각됩니다. 그 아래에는 맨틀 대신 액체 상태의 바다가 존재할 것으로 예상됩니다. 지구의 맨틀 물질이 화산 활동을 통해 분출하는 것처럼 유로파의 바다 역시 얼음 지각의 균열을 뚫고 올라와 때때로 분출하는 것으로 보입니다.

 과학자들은 언젠가 유로파의 두꺼운 얼음 지각을 뚫고 내부의 바다를 직접 탐사할 수 있기를 희망하고 있습니다. 그 안에 생명체가 존재할지도 모르기 때문입니다. 하지만 현실적으로 이렇게 두꺼운 얼음 지각을 뚫는 일은 유로파가 아니라 지구라도 힘든 과제입니다. 그런데 만약 내부 물질이 지각의 균열을 타고 화산처럼 분출한다면 단순히 유로파 클리퍼가 그 사이를 통과해 물질을 분석하는 것만으로도 중요한 단서를 찾을 수 있습니다. 굳이 두꺼운 얼음 지각을 뚫지 않아도 답을 얻을 수 있을지 모른다는 것입니다. 

(유로파 물기둥은 4분 18초 이후. Credits: NASA's Goddard Space Flight Center.)

 문제는 유로파의 수증기 간헐천이 엔셀라두스처럼 강력하지는 않다는 데 있습니다. 유로파는 지름 3000km로 달보다 약간 작은 크기입니다. 지름 500km에 불과한 엔셀라두스와 달리 수증기가 분출하더라도 높이 치솟아 오르기 힘들어 유로파가 그 사이를 통과한다는 것은 거의 불가능에 가깝습니다. 더 큰 문제는 간헐천 분출이 매우 활발한 엔셀라두스와 달리 유로파는 가끔씩 분출이 일어나 유로파 클리퍼가 정확히 그 시점에 유로파에 접근하지 못할 수 있다는 것입니다. 

 유로파 클리퍼에는 많은 연료를 탑재할 수 없고 유로파 주변의 방사선동 강력하기 때문에 유로파 클리퍼는 유로퍼의 인공 위성이 되는 대신 목성의 주변을 타원형으로 돌면서 44회 정도 근접 플라이바이를 통해 유로파를 관측합니다. 따라서 그 시점에 운이 좋지 않으면 수증기 분출을 관측하지 못하고 지나칠 수 있습니다. 만약 그렇게 된다면 대단히 아쉬운 일이 아닐 수 없을 것입니다. 

 유로파 클리퍼를 개발하는 나사의 JPL과 존스 홉킨스 대학의 응용 물리 연구소 (Applied Physics Laboratory)의 과학자들은 유로파의 수증기 분출을 확인할 수 방법을 찾아내기 위해 여러 가지 시나리오를 검토하고 있습니다. 만약 그 증거를 일부라도 수집한다면 태양계 탐사에서 가장 획기적인 사건 중 하나가 될 것입니다. 2030년대에 유로파 클리퍼가 지구로 어떤 데이터를 보내올지 궁금합니다. 

 참고 

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/are-water-plumes-spraying-from-europa-nasa-s-europa-clipper-is-on-the-case

https://en.wikipedia.org/wiki/Europa_Clipper