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태양계 이야기 1035 - 가니메데 표면에서 포착된 과산화수소


 

(Maps of Ganymede’s 3.5 μm H2O2 absorption compared to those of the 3.1 μm Fresnel peaks of water ice and corresponding projections of the U.S. Geological Survey Voyager-Galileo imaging mosaic. H2O2 appears constrained to the upper latitudes, particularly on the leading hemisphere, which exhibits sharp boundaries at approximately ±30° to 35° latitude. These boundaries are roughly coincident with the onset of Ganymede’s polar frost caps and with the latitudes at which most of the impinging Jovian magnetospheric particles can access the surface. Maps of the Fresnel reflection peak of water ice, which generally track the distribution of ice deduced from shorter-wavelength water bands, also show the areas of greatest H2O2 on the leading hemisphere to be enriched in water ice. The trailing hemisphere shows comparatively weak Fresnel reflections and, overall, less-icy spectra. This hemispheric dichotomy in water ice may help explain the leading/trailing contrast in H2O2, while the overall polar H2O2 distribution may reflect a combination of precursor water availability and temperature and/or radiation intensity effects. The approximate average boundary between open and closed field lines from are included as red dashed lines. The 60°S, 30°S, 0°N, 30°N, and 60°N parallels are also included in gray for both hemispheres. The leading-hemisphere map includes the 45°W, 90°W, and 135°W meridians, while the trailing-hemisphere map shows those for 225°W, 270°W, and 315°W. Credit: Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adg3724)

목성은 매우 큰 네 개의 위성을 주위에 거느리고 있을 뿐 아니라 큰 영향력을 발휘하고 있어 미니 태양계로 불립니다. 특히 태양과 다른 행성과 달리 목성과 목성의 4대 위성은 매우 가까이 있어 특이한 현상을 볼 수 있습니다. 태양계에서 가장 화산 활동이 활발한 천체인 이오나 내부에 바다가 있는 것으로 보이는 유로파가 대표적입니다.

반면 가니메데는 태양계 최대 크기의 위성임에도 불구하고 유로파 때문에 상대적으로 주목을 받지 못하고 있습니다. 목성의 위성 탐사는 생명체 존재 가능성이 있는 유로파에 집중되어 있습니다.

하지만 제임스 웹 우주 망원경의 데이터를 분석한 국제 과학자 팀은 가니메데에 대한 흥미로운 사실 하나를 발견했습니다. 바로 표면에 과산화수소 (hydrogen peroxide)가 존재한다는 사실입니다.

사실 이는 이론적으로 이미 예측된 일이기도 합니다. 목성은 태양에서는 멀리 떨어져 있지만, 지구의 수천배에 달하는 강력한 자기장을 지니고 있어 위성의 표면 물질을 변화시킬 수 있습니다. 표면에 있는 물의 얼음이 오존, 과산화수소 또는 산소 등으로 변화시키는 것입니다. 다만 지금까지 이를 실제로 관측하기는 어려웠습니다.

제임스 웹 우주 망원경의 NIRSpec Integral Field Unit은 3.5 미이크로미터 파장에서 가니메데 표면에 있는 과산화수소의 분포를 관측했습니다. 그 결과 과산화수소는 가니메데 전체가 아니라 고위도 지역에 집중된 반면 산소는 저위도 지역 반대편에 집중된 것을 확인했습니다. 유로파에서는 과산화수소가 주로 적도 부근에 있는 것과 반대입니다

목성의 4대 위성은 목성의 거대한 자기장 안을 지나고 있기 때문에 위치에 따라 서로 다른 영향을 받는 것으로 보입니다. 이는 태양계에서 목성권이 아니면 보기 힘든 현상입니다. 우주에 있는 목성보다 더 큰 가스 행성에서는 어떤 특이한 현상이 일어날지 궁금해지는 연구 결과 입니다.

참고

https://phys.org/news/2023-07-hydrogen-peroxide-jupiter-moon-ganymede.html

Samantha K. Trumbo et al, Hydrogen peroxide at the poles of Ganymede, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adg3724

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