‘토성의 달’ 지하에 끓어 오르는 바다 있다 [우주로 간다]

연구진 "얼음 껍질 감소→바다 압력 감소…물의 삼중점에 도달"

(지디넷코리아=이정현 미디어연구소)토성의 위성 ‘엔셀라두스’ 지표면 아래에 끓어오르는 바다가 존재할 가능성이 있다는 연구 결과가 나왔다고 우주과학매체 스페이스닷컴이 최근 보도했다. 이번 연구는 24일 국제 학술지 네이처 천문학(Nature Astronomy)에 발표됐다.

기존 연구에 따르면 엔셀라두스처럼 태양계 바깥쪽에 자리한 얼음 위성은 완전히 얼어 있지는 않은 것으로 알려졌다. 따라서 얼음 껍질과 암석 핵 사이에 바다가 존재할 가능성이 있는 것으로 추정됐다. 지구에서는 물이 있에선 거의 대부분 생명체가 발견되는 만큼, 이런 숨겨진 바다는 외계 생명체를 찾을 수 있는 유력한 후보로 주목 받고 있다.

얼음으로 뒤덮인 엔셀라두스의 전체 모습 (사진= NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

미국 캘리포니아대학 데이비스 캠퍼스 지구물리학자 맥스웰 루돌프 연구팀은 엔셀라두스 내부 바다의 존재 가능성을 확인하기 위해 수억 년에 걸쳐 위성의 얼음 껍질 두께 변화로 발생할 수 있는 힘을 분석했다.

루돌프는 "우리는 이러한 응력이 표면과 지하 바다를 연결하는 균열을 형성할 수 있는지, 잠재적으로 생명체가 살수 있는 바다에서 액체 물이 우주로 분출될 수 있는 지에 특히 관심이 있었다"고 밝혔다.

연구진은 앞선 연구에서 얼음 껍질이 두꺼워질 때 발생하는 현상에 주목한 바 있다. 얼음은 같은 질량의 액체 물보다 부피가 더 크기 때문에 얼어붙는 과정에서 껍질에 압력이 가해지고, 이로 인해 엔셀라두스에서 관측되는 ‘호랑이 줄무늬’ 지형이 형성되는 것으로 분석됐다.

토성의 위성 엔셀라두스 (사진=NASA)

새 연구에서 연구팀은 얼음 껍질이 바닥에서 녹아 얇아질 때 어떤 일이 벌어지는지를 조사했다. 예를 들어, 이전 연구에서 토성의 또 다른 위성 미마스의 경우, 궤도 흔들림이 얼음 아래 숨겨진 바다 때문일 가능성이 제기된 바 있다. 미마스 표면에 고대 지형이 그대로 남아 있는 점을 고려하면, 이 바다는 지난 1천만 년 전 생성됐을 가능성이 높고 미마스의 껍질이 다른 토성 위성과의 상호작용으로 녹으면서 바다가 생성되었을 것으로 추정된다.

과학자들은 얼음 껍질이 얇아지면 바다에 가해지는 압력이 감소한다는 사실을 확인했다. 미마스와 엔셀라두스, 천왕성의 미란다와 같은 작은 얼음 위성에서는 이 압력 감소가 물질이 고체·액체·기체 상태로 동시에 존재하는 특정 온도와 압력의 조합인 물의 ‘삼중점(三重點)’에 도달하게 만들 수 있다. 이로 인해 얼음 껍질이 약 5~15km 얇아지면 얼음 껍질에 가까운 바닷물이  끓게 될 수 있다고 연구진은 설명했다.

루돌프는 "낮은 온도에서 발생하는 특수한 형태의 끓는 현상으로, 주방에서 물을 100도 이상으로 가열했을 때 일어나는 끓는 현상과는 다르다”며, "대신 섭씨 0도에 매우 가까운 온도에서 끓을 수 있으며, 이런 환경에서도 생명체가 살아갈 수 있다면, 충분히 생존이 가능할 것"이라고 설명했다. 

반면, 천왕성의 티타니아처럼 폭이 600km가 넘는 더 큰 얼음 위성에서는 얼음이 녹으면서 압력이 감소하기 때문에 물이 삼중점에 도달하기 전에 얼음 껍질이 갈라질 것이라고 연구팀은 추정했다.

이정현 미디어연구소(jh7253@zdnet.co.kr)