[표지로 읽는 과학] 목성의 달 '이오', 태양계 나이만큼 화산 활동

사이언스 제공.

이번 주 국제학술지 ‘사이언스’ 표지에는 목성의 위성 중 하나인 ‘이오’의 사진이 실렸다. 2024년 미국 목성 탐사선인 ‘주노’가 이오에 근접 비행 중일 때 촬영한 사진이다. 

이오는 활화산을 가진 천체로 태양계에서 가장 화산 활동이 활발하게 일어나는 곳이다. 사이언스 표지에 실린 이오 사진의 오른쪽 하단에는 화산에서 뿜어져 나오는 연기 기둥이 보인다. 

이오의 표면은 화산 작용에 의해 만들어진 물질들로 뒤덮여 이오 역사에 대한 기록을 확인하기 어려운 상태다. 화산 활동이 얼마나 오랫동안 유지돼온 건지도 불분명했다. 

캐서린 드 클리어 미국 캘리포니아공대 지질·행성과학과 교수 연구팀은 이오의 대기에서 분자를 탐지하는 연구를 진행해 이오의 화산 활동이 수십억년 동안 진행돼왔다는 사실을 확인했다고 지난달 18일 사이언스에 발표했다. 

연구팀은 이오의 대기에 있는 휘발성 원소의 동위원소 구성이 화산 활동 기간을 측정하는 근거가 될 것으로 보고 이오 대기에서 밀리미터 분광법을 이용해 유황, 염소를 함유한 분자를 탐지했다.

이를 통해 유황과 염소의 가벼운 동위원소들은 대기 상층부에서 손실돼 사라지고 무거운 동위원소가 풍부하게 남아 있다는 점을 발견했다. 화산활동이 지속되면서 이오 표면에 존재했던 유황의 94~99%가 사라졌다는 점도 확인했다.

연구팀은 이오 표면이 이같은 상태에 이르려면 태양계 전체 역사에 걸쳐 현재와 같은 수준의 화산 활동이 계속돼온 것으로 해석할 수 있다고 설명했다. 태양계가 형성된 45억7000년 전부터 이오에서 화산 활동이 연속적 또는 주기적으로 일어나고 있다는 설명이다.

[문세영 기자 moon09@donga.com]