[아하! 우주] 천왕성의 4대 위성 지하에 소금물 바다 있다

[서울신문 나우뉴스]

NASA의 제임스웹 우주망원경이 잡은 천왕성과 27개의 알려진 위성 중 6개 위성의 모습. 천왕성 주위의 밝은 네 위성은 왼쪽부터 티타니아, 아리엘, 미란다, 움브리엘이다. 배경에 먼 은하들의 모습도 보인다.(출처: SCIENCE: NASA, ESA, CSA)

천왕성의 가장 큰 네 개의 위성 표면 아래에 소금물 바다를 품고 있을 수 있다는 새로운 연구가 발표됐다. 

미 항공우주국(NASA)의 보이저 2호 우주선이 보내온 40년 묵은 데이터를 새롭게 살펴본 과학자들은 천왕성에서 가장 먼 궤도를 도는 위성 티타니아와 오베론이 바다를 지표 50km 아래에, 그리고 아리엘과 움브리엘이 30km 아래 바다를 품고 있을 가능성이 있다고 밝혔다.

새로운 연구는 태양계의 혹독한 외부 환경에도 불구하고 천왕성 위성들의 지속적인 내부 열과 몇 가지 화학물질이 어떻게 바다를 만들 수 있는지에 대해 설명한다.

연구를 이끈 NASA 제트추진연구소의 행성 과학자 줄리 카스티요-로게스는 5일(이하 현지시간) 스페이스 닷컴에 "천왕성의 위성에서 바다를 발견한다면 우리 태양계에 바다의 존재가 보편화된 현상이며, 다른 태양계에도 바다가 존재할 가능성이 높아질 것"이라고 밝혔다. 

2023년 2월 6일 제임스웹 우주망원경으로 본 천왕성의 확대 이미지.행성의 13개의 고리 중 11개가 보이지만, 일부는 너무 밝아서 하나의 고리로 섞여 보인다. (출처: NASA, ESA, CSA)

태양계 초창기에 천왕성의 가장 큰 5개 위성인 티타니아, 오베론, 아리엘, 움브리엘, 미란다는 깊이가 100km에서 150km에 이르는 바다를 품고 있었을 것이라고 연구자들은 말했다. 카스티요-로게스는 "만약 위성이 행성의 장기간 가열을 받았다면 두꺼운 바다를 유지할 수 있었을 것"이라고 설명했다. 

예를 들어, 목성의 위성 유로파와 토성의 엔셀라두스는 거대한 지하 바다를 품고 있는데, 모행성의 강력한 중력에 반응하여 내부구조와 얼음 껍질을 휘게 만든다. 과학자들은 이 조석열이 위성의 지하수를 생명 친화적인 액체 상태로 유지하는 데 도움이 된다고 생각한다.

그러나 천왕성의 중력은 토성이나 목성보다 훨씬 약하기 때문에 행성에서 가장 큰 4개의 위성에 있는 바다조차 "지금쯤이면 대부분 얼어붙은 상태일 것"이라고 카스티요-로게스는 덧붙였다. 

천왕성의 가장 큰 위성들이 어떻게 진화했는지 더 잘 이해하기 위해 연구 팀은 다른 해양 세계를 연구한 NASA 임무에서 얻은 결과를 수집하여 모델을 만들었다. 

여기에는 카시니 미션에서 관찰한 토성의 위성 엔셀라두스를 비롯해, 소행성 탐사선 돈(Dawn)에 의해 밝혀진 왜행성 세레스, 그리고 2015년 역사적인 명왕성의 플라이바이를 수행하는 동안 뉴호라이즌스가 관찰한 명왕성의 가장 큰 달 카론 등이 포함된다.

연구진은 "천왕성의 위성들이 높은 염분 농도를 가진 얕은 바다를 품고 있을 가능성이 있다"고 밝혔다. 이것은 위성이 만들어진 초창기부터 남은 약간의 내부 열과 매우 낮은 온도에서도 물을 액체 형태로 유지하는 데 도움이 되는 상당한 양의 암모니아 덕분일 것이다. 

천왕성의 위성에 있는 바다에는 물 1리터당 약 150g의 소금이 있을 것으로 연구원들은 추정한다. 이에 비해 미국 유타의 그레이트 솔트레이크는 염도가 두 배나 높지만 그 안팎에서 생명은 여전히 번성하고 있다. 

그러나 과학자들은 여전히 천왕성의 다섯 번째 큰 달인 미란다가 바다를 품고 있는지는 확신하지 못하고 있다. 이전 연구에서는 우주로 날아간 흥미로운 하전입자를 설명하기 위해 숨겨진 바다를 암시했지만, 미란다는 너무 작아서 내부 바다가 형성된 후 수백만 년 만에 얼어붙었을 가능성이 높다고 최신 연구는 시사한다. 

지금까지 천왕성은 유일하게 1986년 1월 보이저 2호만이 잠시 방문했다. 보이저 2호는 얼음 행성 주위에 10개의 새로운 위성과 두 개의 새로운 고리를 발견했다. 천왕성은 멀지 않은 미래에 더 많은 관심을 받을 수 있다. 은하계에서 가장 흔한 것이 얼음 행성이지만, 또한 가장 이해되지 않은 비밀이 많은 행성에 속한다는 사실이 밝혀졌기 때문이다.

NASA는 현재 UOP(Uranus Orbiter and Probe)라는 이름을 내건 행성 탐사 임무를 개발하고 있는 중이다. 이름에서 알 수 있듯이 UOP에는 얼음 행성과 그 위성에 대한 데이터를 수집하는 궤도선과 함께 직접 정보를 얻기 위해 행성의 대기 속으로 내려보낼 탐사선이 포함된다.

새로운 연구는 2022년 12월 '지구물리학 연구(Geophysical Research)에 발표되었다.

이광식 과학 칼럼니스트 joand999@naver.com