토성의 위성 밑 ‘거대한 바다’ 숨어 있다

탐사선 카시니호 관측자료 분석
‘미마스’의 지하 20~30㎞에 존재
2500만~200만년 전 형성… 진화 중
예제로 분화구 호수 퇴적층 확인
화성 생명체 흔적 찾을 가능성↑

태양계 여섯 번째 행성인 토성의 위성 미마스의 모습. 위성의 이름은 그리스 신화에 나오는 대지의 여신 가이아의 아들 미마스에서 따온 것으로, 1789년 독일 출신 영국 천문학자 윌리엄 허셜이 발견했다. 미마스 표면에서 가장 눈에 띄는 것은 지름이 130㎞에 이르는 허셜 충돌구다. 프랑스 파리 천문대 제공

인류는 해와 달, 별이 있는 우주를 오랫동안 동경했다. 과학기술이 발달하면서 우주 선진국을 중심으로 지구를 벗어나 달, 화성, 소행성과 심(深)우주는 동경의 대상이 아닌 도전과 개척의 대상이 됐다. 지구에서 얻을 수 없는 희귀원소나 먼 미래의 사람이 살 수 있는 거주지를 확보하기 위한 것이다.

실용적 이유 이외에 과학자들이 우주 탐구를 멈추지 않는 것은 ‘광활한 우주에 과연 우리밖에 없을까’라는 근본적 질문에 답하기 위한 것이다. 외계에서 물의 흔적을 찾는 이유도 생명체가 존재하기 위한 최소한의 조건이라고 생각하기 때문이다.

프랑스 릴대학, 소르본대, 파리 PSL 연구대, 파리 천문대, 낭트대, UTINAM 연구소, 영국 런던 퀸 메리대, 중국 지난대 공동 연구팀은 태양계의 여섯 번째 행성인 토성의 위성 중 가장 안쪽에 있는 ‘미마스’에 바다가 존재할 수 있다는 연구 결과를 과학 저널 ‘네이처’ 2월 8일자에 발표했다.

미국 항공우주국(NASA)의 무인 토성 탐사선 카시니호가 토성 주변을 돌면서 관측하는 가상도. 미국 캘텍 제트추진연구소(JPL) 제공

이번 연구 결과는 미국 항공우주국(NASA)이 1997년 8월 발사해 2017년 임무를 끝낸 토성 탐사선 카시니호에서 보낸 관측 자료를 분석한 것이다.

태양계 행성들의 위성 표면 아래 바다가 있을 수 있다는 증거는 점점 늘어나고 있지만 실제로 물을 관측하는 것은 어려웠다. 특히 미마스 표면은 수많은 충돌구와 갈라진 틈이 많아 물이 존재하기는 쉽지 않다는 의견이 지배적이었다.

행성이나 위성의 자전운동과 공전 궤도는 내부 물질의 영향을 받는다. 연구팀은 미마스 내부가 암석이 아닌 바다와 같은 물로 차 있을 때 관측자료를 더 잘 설명한다는 결론을 얻었다. 연구팀 계산 결과 바다는 미마스 지하 20~30㎞에 있을 것으로 분석됐다. 시뮬레이션에 따르면 지하 바다는 2500만~200만 년 전에 형성돼 여전히 진화하고 있는 것으로 나타났다.

연구를 이끈 발레리 레이니 파리 천문대 박사는 “이번 연구 결과는 태양계 전체의 중간 크기 얼음 위성에는 물이 존재할 가능성이 크며 생명의 흔적을 발견할 수도 있음을 암시한다”고 말했다.

이에 앞서 미국 캘리포니아 로스앤젤레스대(UCLA), 코넬대, 애리조나대, 캘리포니아공과대 제트추진연구소(JPL), 퍼듀대, 노르웨이 오슬로대, 독일 드레스덴 공과대, 스웨덴 룬드대 공동 연구팀은 NASA의 화성 탐사 로버 퍼서비어런스가 화성 예제로 분화구 바닥에서 호수 퇴적층을 확인했다고 밝혔다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 1월 26일자에 실렸다.

NASA의 화성 탐사 로버 ‘퍼서비어런스’가 지표 투과 레이더 ‘림팩스’를 이용해 화성 예제로 분화구 서쪽 삼각주 호크스빌 지역을 관측한 이미지. NASA 제공

퍼서비어런스는 예제로 분화구로 주변으로 나 있는 물줄기의 흔적이 남은 삼각주(델타) 지역으로 이동해 관측했다. 이 관측에는 퍼서비어런스에 장착된 ‘림팩스’(RIMFAX)가 쓰였다. 림팩스는 10㎝ 간격으로 레이더파를 발사해 지표면 아래 약 20m 깊이까지 침투해 반사되는 파장을 분석해 물의 존재와 흔적을 탐사할 수 있는 장치다. 이번 발견으로 예제로 분화구가 물로 가득 찬 호수였으며 바닥에 퇴적층이 쌓였다는 사실을 보여주는 것으로 생명체의 흔적을 찾을 가능성을 높였다.

한편 중국과학원(CAS) 연구팀은 중국의 무인 달 탐사선 ‘창어 5호’가 가져온 달 표본을 분석한 결과 달이 기존에 알려진 것보다 더 많이 소행성, 혜성과 충돌했다고 밝혔다. 이 연구 결과는 물리학 및 재료과학 분야 국제 학술지 ‘극한에서 물질과 방사선’ 2월 7일자에 게재됐다.

연구팀 관계자는 “충돌 분화구 주변 표토에서 스티쇼바이트, 자이페르타이트, 알파 크리스토발라이트같이 초고압, 초고온에서 형성되는 물질들이 다량 발견됐다”며 “이는 우주 물체와 매우 자주 충돌했다는 것을 보여 주는 증거로 달 형성의 비밀을 풀 수 있을 것”이라고 설명했다.

유용하 과학전문기자