태양계는 ‘지하 바다’ 천지일까…“천왕성 4개 위성 얼음 밑에 대양 가능성”

1986년 보이저 2호 관측 최신 기술 재분석
위성 내부 열과 암모니아 때문에 액체 유지

지름이 1580㎞인 천왕성 위성 ‘티타니아’의 내부 모습. 파란색 부위가 지하 바다이다. 미국 항공우주국(NASA) 제공

태양계 7번째 행성인 천왕성 주변을 도는 위성 4개에 지하 바다가 있을 가능성이 크다는 분석이 나왔다. 우주 과학계는 이미 목성과 토성 궤도에서도 지하 바다가 있을 것으로 보이는 위성들을 찾아냈다. 태양계에서 바다가 비교적 흔한 자연물일 수 있다는 주장에 힘이 실리고 있다.

지난 6일(현지시간) 미국 과학매체 스페이스닷컴에 따르면 미국 항공우주국(NASA)과 매사추세츠공대(MIT) 소속 과학자들은 천왕성 곁을 돌고 있는 위성 4개에서 지하 바다의 징후를 발견했다. 지하 바다란 단단한 얼음으로 이뤄진 지각 밑에 존재하는 바다를 뜻한다. 연구 결과는 국제학술지 ‘지구물리학 연구’ 최신호에 실렸다.

천왕성을 돌고 있는 위성은 모두 27개다. 연구진에 따르면 이 가운데 크기가 가장 큰 4개 위성인 티타니아(지름 1580㎞), 오베론(지름 1520㎞), 움브리엘(지름 1170㎞), 아리엘(지름 1160㎞)에 지하 바다가 존재할 가능성이 포착됐다.

이런 연구 결과는 1986년 천왕성 곁을 스친 보이저 2호의 관측 내용을 연구진이 최신 컴퓨터 모델링 기술로 재분석해 얻었다. 1980년대부터 최근까지 목성과 토성 주변을 도는 위성은 물론 왜소행성인 세레스와 명왕성 등을 관측해 얻은 지질학적·화학적인 지식을 컴퓨터 모델링에 넣었다.

기존에 우주 과학계는 천왕성 위성 가운데 가장 덩치가 큰 티타니아만 지하 바다를 가졌을 것으로 봤다. 천체는 덩치가 어느 정도 커야 중심부에서 방사성 동위원소를 붕괴시키면서 열을 만드는데, 천왕성 위성 중 가장 큰 티타니아에서만 그런 일이 생길 수 있다고 생각한 것이다.

티타니아가 자체적으로 만든 내부 열은 위성 표면을 지각처럼 감싼 얼음 내부를 녹일 것이고, 이렇게 해서 생긴 물이 지하 바다를 만들었을 것이라는 예상이었다. 그런데 이번 연구를 통해 지하 바다를 만들 정도의 내부 열은 오베론, 움브리엘, 아리엘에도 있을 것이라는 새로운 결론이 나왔다. 연구진은 천왕성 4개 위성들의 지하 바다 두께가 약 30㎞에 이를 것으로 봤다.

연구진이 천왕성 4개 위성에 지하 바다가 있을 것이라는 결론을 낸 이유는 또 있다. 바다에 암모니아가 녹아 있다는 점이 컴퓨터 모델링을 통해 확인됐기 때문이다. 암모니아는 물이 얼지 않게 하는 부동액 역할을 한다. 암모니아에 더해 지하 바다에는 염화물도 섞여 있었다. 염화물 또한 강추위에서 물이 액체 상태를 유지하도록 돕는다.

이번 연구 결과는 태양계에서 지하 바다가 비교적 흔할 수 있다는 점을 시사한다. 이미 우주 과학계는 목성 위성 유로파, 가니메데, 칼리스토와 토성 위성 엔켈라두스에 지하 바다가 있을 것으로 본다. 태양계 행성 가운데 덩치가 가장 크고 중력도 가장 센 목성과 토성이 자신 주변을 도는 위성들을 쥐어짰고, 이때 생긴 마찰열이 위성들의 지하에 있는 얼음을 녹여 바다를 만들었다.

천왕성은 중력이 비교적 약해 주변 위성들을 쥐어짜진 못한다. 하지만 위성이 자체적으로 지닌 내부의 열과 바다에 섞인 독특한 물질로 인해 결과적으로 ‘지하 바다’ 형성이라는 동일한 결과가 나온 셈이다. NASA는 공식 발표자료에서 “향후 천왕성 위성의 지하 바다가 실제로 존재한다는 사실을 좀 더 분명히 하기 위해 암모니아와 염화물을 동시에 관측할 수 있는 분광계로 관측을 할 계획”이라고 밝혔다.

이정호 기자 run@kyunghyang.com