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태양계 이야기 1083 - 명왕성의 하트 지형은 사실은 충돌 흔적



 (Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Alex Parker)

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(Artistic representation of the huge and slow impact on Pluto that led to the heart-shaped structure on its surface. Credit: University of Bern, Illustration: Thibaut Roger)

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(Annotated map of Sputnik Planitia and surrounding features

Oliver L. White, Jeffrey M. Moore, William B. McKinnon, John R. Spencer, Alan D. Howard, Paul M. Schenk, Ross A. Beyer, Francis Nimmo, Kelsi N. Singer, Orkan M. Umurhan, S. Alan Stern, Kimberly Ennico, Cathy B. Olkin, Harold A. Weaver, Leslie A. Young, Andrew F. Cheng, Tanguy Bertrand, Richard P. Binzel, Alissa M. Earle, Will M. Grundy, Tod R. Lauer, Silvia Protopapa, Stuart J. Robbins, Bernard Schmitt, the New Horizons Science Team - Geological mapping of Sputnik Planitia on Pluto, Icarus (2017), doi: 10.1016/j.icarus.2017.01.011)

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국제 과학자 팀이 명왕성에 있는 미스터리 하트 지형의 비밀을 퓰었습니다. 9년 전인 2015년 명왕성을 관측한 뉴허라이즌스호는 누구도 예상하지 못했던 명왕성의 복잡한 표면 지형을 지구로 전송했습니다.

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이 가운데 특히 그 기원을 설명하기 어려운 것이 중앙에 위치한 거대한 하트 모양 지형이었습니다. 베른 대학 (University of Bern)과 National Center of Competence in Research (NCCR) PlanetS의 과학자들이 이끄는 국제 과학자 팀은 이 지형을 설명할 수 있는 시뮬레이션 실험을 반복한 끝에 거대한 천체가 명왕성에 비스듬하게 충돌했다는 결론을 얻었습니다.

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사실 하트 지형은 하나의 단일한 구조가 아니라 여러 개의 지형이 합쳐진 형태입니다. 하트의 서쪽에 해당하는 스푸트니크 평야 (Sputnik Planitia)는 2000x1200km에 달하는 거대한 분지 지형으로 실제로는 주변보다 3-4km 정도 아래에 있습니다. 흰색으로 보이는 이유는 질소의 얼음 때문으로 여기서는 질소 얼음 지각이 순환하면서 표면을 매끄럽게 만들고 있습니다.

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연구팀은 스푸트니크 평야처럼 거대한 분지 지형이 생기기 위해서는 비스듬한 각도로 천천히 지름 700km의 천체가 부딪야 한다는 결론을 얻었습니다. 이는 명왕성의 거대한 위성인 카론보다 약간 작은 정도입니다.

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연구팀의 시뮬레이션에서 또 다른 흥미로운 결과는 충돌한 천체가 완전히 내부를 녹여 합체된 것이 아니라 여전히 일부 핵이 남아 있다는 것입니다. 이것이 사실이라면 명왕성 얼음 지각 아래 액체가 존재할지도 모른다는 가설이 사실이 아닐 가능성이 높습니다.

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아무튼 이 가설이 맞다면 충돌한 천체의 정체는 무엇이었을지 궁금합니다. 명왕성의 또 다른 위성이었을지, 그리고 그 때 충돌의 파편이 다른 작은 위성을 만든 건 아닌지 여러 가지가 궁금해지는 이야기입니다.

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참고

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https://phys.org/news/2024-04-astrophysicists-mystery-heart-feature-surface.html

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

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Harry A. Ballantyne et al, Sputnik Planitia as an impactor remnant indicative of an ancient rocky mascon in an oceanless Pluto, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02248-1

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