목성 위성 ‘이오’에서는 땅 2ｍ만 파도 열기가 후끈…왜?

NASA 무인 탐사선 ‘주노’ 관측 결과 분석
목성 강한 중력으로 인한 ‘조석 가열’ 원인

2023년 12월30일 미국 항공우주국(NASA) 무인 탐사선 ‘주노’가 촬영한 목성 위성 ‘이오’ 모습. NASA 제공

목성 주변을 도는 위성 ‘이오’에서는 땅을 2~3ｍ만 파도 표면보다 온도가 20도 이상 오른다는 분석이 나왔다. 이오 땅속 온도를 과학계가 측정한 것은 이번이 처음이다. 열기의 원인은 중력이 강한 목성이 이오를 쥐어짜며 생기는 ‘조석 가열’이다. 향후 태양계에서 가장 활발한 화산 지대인 이오의 물리적 성질을 파악하는 데 중요한 자료가 될 것으로 보인다.

25일(현지시간) 미국 과학계에 따르면 미 항공우주국(NASA) 연구진은 목성 위성 이오의 얕은 땅속에서 상당한 열기가 올라오고 있다는 연구 결과를 발표했다. 해당 연구를 담은 논문은 국제학술지 ‘지구물리학 연구저널 행성 부문’에 실렸다.

이번 연구는 2016년부터 목성 주변을 돌고 있는 NASA의 무인 탐사선 ‘주노’에 달린 ‘마이크로파 방사 측정기(MWR)’라는 관측 장비로 진행됐다. 본래 MWR은 목성의 두꺼운 구름 아래에 무엇이 있는지 알아보려고 개발했지만, 연구진은 이오의 지각 아래가 어떤 성질을 띠었는지를 파악하기 위해 썼다. 일종의 변칙 사용이다.

관측은 2023년 12월30일과 2024년 2월3일, 주노가 이오에 접근할 때 MWR로 이오 땅을 들여다보는 방식으로 이뤄졌다. 관측 결과는 놀라웠다. 이오 땅 밑으로 2~3ｍ만 내려가도 표면보다 온도가 22도나 높아진다는 사실이 확인됐다. 이오는 표면 평균 온도가 영하 163도다. 얕은 지하에서는 영하 141도까지 온도가 올라간 것이다. 이오의 지하 온도를 과학계가 측정한 것은 이번이 처음이다.

그동안 이오 온도에 대한 연구는 주로 적외선을 잡아내는 방식으로 이뤄졌다. 적외선은 투과력이 작아 표면 온도만 알 수 있었다. 그런데 이번에 적외선보다 투과력이 큰 마이크로파를 감지하는 장비를 새로 사용하면서 땅 밑 세계를 탐구할 수 있는 길이 열린 것이다.

땅 밑 열기의 원인으로 연구진은 ‘조석 가열’을 지목했다. 조석 가열은 강력한 중력을 지닌 목성이 상대적으로 작은 중력을 지닌 이오를 쥐어짜며 열기가 생기는 현상인데, 이때 깊은 지하에서 뜨거운 마그마도 생성된다. 마그마가 자신의 열기를 표면 근처 암석에 전도하거나 화산에서 분출한 용암 형태로 바뀌어 이오의 얕은 지하를 데우는 것으로 연구진은 추정했다.

용암을 뿜는 이오의 활화산 숫자는 약 400개에 이른다. 지구는 약 1350개이지만, 이오는 반지름이 지구의 28%에 그치는 작은 천체다. 표면적 당 활화산 개수는 이오가 압도적으로 많다.

NASA는 공식 자료를 통해 “암석으로 이뤄진 위성의 지하 온도를 파악한 이번 연구는 지구 화산을 탐구하는 데에도 중요한 시사점을 던져 준다”며 “MWR과 유사한 기능의 장비를 지구에서 활용한다면 새로운 과학 정보를 얻을 것으로 보인다”고 설명했다.

이정호 기자 run@kyunghyang.com