(Deep layers of molten rock inside some super-earths could generate powerful magnetic fields—potentially stronger than Earth’s—and help shield these exoplanets from harmful radiation. Credit: University of Rochester Laboratory for Laser Energetics / Michael Franchot)
태양계에는 존재하지 않지만, 우주에는 슈퍼 지구형 외계 행성이 흔합니다. 지구보다 몇 배 큰 암석형 행성이기 때문에 강한 중력으로 두꺼운 대기를 만들 수 있어 생명체 존재 가능성이 높은 천체로 여겨지기도 합니다.
하지만 일부 과학자들은 반대로 슈퍼 지구에 생명체가 존재하기 불리한 조건이 있다고 생각합니다. 만약 슈퍼지구가 지구처럼 외핵이 액체 상태로 되어 있지 않다면 다이나모 현상에 따라 강한 자기장이 생성되지 않을 수 있다는 게 근거 중 하나입니다.
미키 나카지마 교수 (Miki Nakajima, an associate professor in the Department of Earth and Environmental Sciences)가 이끄는 로체스터 대학의 연구팀은 슈퍼 지구가 액체 상태의 외핵 없이도 강한 자기장을 생성할 수 있다는 가설을 발표했습니다.
슈퍼 지구의 깊은 내부 맨틀 아래에는 용암 바다(basal magma ocean, BMO)가 존재할 수 있으며, 이는 전기적으로 전도성을 가지는 고압 상태의 용암층으로, 강력하고 장기적인 자기장을 생성할 수 있다는 게 주장의 핵심입니다.
연구팀은 로체스터 대학 레이저 에너지 연구소(Laboratory for Laser Energetics)에서 레이저 충격 실험(laser shock experiments)을 수행했습니다. 이 실험은 슈퍼 지구 맨틀층 아래의 극한 압력(수백 기가파스칼, GPa)과 온도 조건을 재현하여, 용암(주로 (Mg,Fe)O)의 전기 전도성을 측정하는 데 목적이 있습니다.
동시에 연구팀은 양자역학적 시뮬레이션(quantum mechanical simulations)과 행성 진화 모델(planetary evolution models)을 결합해, 용암이 얼마나 오래 전도성 상태를 유지할 수 있는지, 그리고 그로 인해 얼마나 강력한 자기장이 생성될 수 있는지를 계산했습니다.
그 결과, 극한 압력 아래에서 용암(Mg,Fe)O는 전기 전도성이 높아졌으며, 이는 전류가 흐를 수 있는 상태가 되었습니다. 이는 자기장 생성을 위한 전기적 조건으로 이때 흐르는 전류는 지구의 핵과 비슷한 방식으로 자기장을 발생시킬 수 있습니다.
연구팀은 실험 및 시뮬레이션 결과를 토대로 지구보다 3~6배 이상 큰 슈퍼 지구에서 용암 바다(BMO)가 지구 핵보다 강력하고 오래 지속되는 자기장을 생성할 수 있다고 주장했습니다. 이는 행성의 대기를 유지하고, 우주 방사선으로부터 생명체를 보호하는 데 매우 중요한 조건입니다.
물론 직접 가서 자기장을 측정하고 생명체를 찾는 게 가장 정확하지만, 그럴 수 없는 상태에서는 여러 가지 간접적인 방법으로 최대한 궁금증을 풀어 나가는 것이 과학자의 자세이기도 합니다. 그리고 노력하다 보면 슈퍼 지구에서 상당히 분명한 생명체 증거를 찾는 날도 올 것으로 믿습니다.
참고
https://phys.org/news/2026-01-hidden-magma-oceans-shield-rocky.html
Miki Nakajima et al, Electrical conductivities of (Mg,Fe)O at extreme pressures and implications for planetary magma oceans, Nature Astronomy (2026). DOI: 10.1038/s41550-025-02729-x
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