태양계 이야기 1088 - 금성이 극도로 건조한 행성이 된 이유

(Venus today is dry thanks to water loss to space as atomic hydrogen. In the dominant loss process, an HCO+ ion recombines with an electron, producing speedy H atoms (orange) that use CO molecules (blue) as a launchpad to escape. Credit: Aurore Simonnet / Laboratory for Atmospheric and Space Physics / University of Colorado Boulder)

금성에 대해 잘 알려지지 않은 사실 중 하나는 이 행성이 지구와 달리 뜨거울 뿐 아니라 매우 건조하다는 것입니다. 지구의 육지를 모두 깍아서 평평하게 만들 경우 대략 3km 정도 깊이의 바다가 지구 전체를 덮게 되지만, 금성의 경우 겨우 3cm 정도를 덮을 수 있을 뿐입니다. 지구와 거의 비슷한 크기이고 구성 성분이 대부분 비슷함에도 불구하고 금성 표면의 물은 지구의 10만 분의 1 정도 밖에 되지 않습니다.

이렇게 극도로 건조한 행성이 된 이유를 밝히기 위해 콜로라도 대학의 대기 및 우주 물리학 연구소의 에린 샹기와 마이클 채핀(Eryn Cangi, Michael Chaffin, Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP))은 정교한 컴퓨터 모델을 만들었습니다.

연구팀에 따르면 금성도 태양계 초기에 혜성 등으로부터 많은 양의 물을 공급 받았습니다. 하지만 이산화탄소에 의한 급격한 온실효과로 증발한 수증기가 대기 중에서 HCO+ 이온을 만들면서 우주로 더 많은 물이 빠져나갈 수 있는 구멍을 만들었습니다. 대기 상층부의 물과 이산화탄소가 만나 형성된 HCO+ 이온은 금방 전자와 결합하는데, 이 과정에서 가벼운 수소 원자가 우주로 쉽게 빠져나가기 때문입니다. (개념도 참조)

다만 현재까지 이 가설을 입증할 직접적인 증거가 없습니다. 이 과정은 현재도 일어나고 있을 것으로 생각되나 금성이 극도로 건조한 상태가 되면서 매우 극소량의 HCO+만 남아 있을 것이기 때문입니다. 현재까지 금성을 탐사한 어떤 탐사선도 이정도의 HCO+를 검출할 수 없으며 심지어 앞으로 발사 예정인 나사의 다빈치 탐사선 (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging (DAVINCI)) 역시 이를 검출하기 어려울 것으로 보입니다.

하지만 연구팀은 미래에 금성 탐사 임무가 계속 진행될 것이고 언젠가는 이 현상을 직접 관측하는 날이 올 것으로 믿고 있습니다. 금성이 태양계에서 가장 건조한 행성이 된 비밀도 언젠가는 풀리게 될 것으로 기대합니다.

참고

https://phys.org/news/2024-05-billions-years-venus-reveal.html

Michael Chaffin, Venus water loss is dominated by HCO⁺ dissociative recombination, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07261-y. www.nature.com/articles/s41586-024-07261-y

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