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태양계 이야기 1032 - 유로파의 핵은 생각보다 오래되지 않았다?


 

(Internal evolution of Europa. Credit: Kevin Trinh/ASU)

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(Credit: Arizona State University)

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목성의 위성 유로파는 달보다 약간 작은 크기의 얼음 위성이지만, 한 가지 사실 때문에 과학자들의 큰 관심을 받고 있습니다. 바로 얼음 지각 아래 액체 상태의 바다가 있을 가능성이 높다는 것입니다. 유로파는 가장 밖에서부터 얼음 지각, 맨틀 역할을 하는 바다, 그리고 암석, 금속으로 된 핵의 네 개의 층으로 이뤄진 것으로 생각되고 있습니다. 여기에 목성의 강력한 중력으로 인해 내부에 마찰에 의한 열이 생기면서 지구의 열수분출공과 비슷한 환경이 해저에 생길 수 있다는 예측이 나오고 있습니다.

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하지만 유로파의 내부 구조가 예상과 비슷하다고 해도 과연 어떤 과정을 거쳐 생성되었는지에 대해서는 알려진 바가 적습니다. 애리조나 대학의 케빈 트린 (Kevin Trinh)과 그 동료들은 유로파가 차가운 얼음 및 암석 덩어리에서 생성되었다는 가정을 바탕으로 이를 시뮬레이션했습니다.

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연구팀의 모델에 따르면 물이 풍부한 암석들이 결합하면서 서서히 물을 방출하고 바다가 생성되었으나 낮은 내부 온도 때문에 암석이나 금속이 녹지 않아 이들이 뭉쳐서 핵을 형성하는데는 상당히 오랜 시간이 필요합니다. 연구팀은 이 과정에 수십 억년의 시간이 걸릴 수도 있었을 것으로 추정했습니다.

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지구의 경우 생성 초기에 암석들이 충돌해 내부가 녹을 만큼 충분한 에너지가 축적됩니다. 따라서 완전히 녹은 상태에서 철처럼 무거운 물질은 중심으로 모이고 상대적으로 가벼운 원소들이 맨틀과 지각을 형성합니다. 이 과정은 생성 초기에 바로 진행되었습니다. 그러나 유로파는 대조적으로 상대적으로 최근에야 암석과 금속 핵을 형성한 것으로 보입니다. 유로파의 질량이 지구의 1% 정도이기 때문에 내부를 녹이는 데 충분한 에너지가 처음부터 나오기 어려울 수 있습니다.

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만약 이 주장이 옳다면 유로파의 생명체에게는 좋지 않은 소식입니다. 유로파의 지각 활동은 지구처럼 활발하지 않을 수 있으며 시기적으로도 비교적 최근에 시작되었을 것이기 때문입니다. 다만 1-2억 년 전부터 열수분출공이 활성화되었다고 해도 원시적인 생명체가 등장하기에는 충분한 시간일지도 모릅니다.

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나사가 준비 중인 차세대 유로파 탐사선인 유로파 클리퍼는 이런 질문에 대해서 좀 더 자세한 답을 제공할 것입니다. 최신 탐사 장비를 이용해 유로파를 근접 관측하면 지금까지 논란이 되었던 문제에 대해서 더 확실한 결론을 얻을 수 있을 것입니다.

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참고

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https://phys.org/news/2023-06-jupiter-moon-europa-evolution.html

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Kevin T. Trinh et al, Slow evolution of Europa's interior: metamorphic ocean origin, delayed metallic core formation, and limited seafloor volcanism, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adf3955

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