목성 화산위성 '이오' 온도 첫 측정…열기 비밀 풀었다 [우주로 간다]

[지디넷코리아]과학자들이 목성의 화산 위성 '이오'의 표면 아래 온도를 처음으로 측정해 지하에 숨겨진 열의 흐름을 포착하는 데 성공했다고 우주과학매체 스페이스닷컴이 최근 보도했다.

이번 연구 결과는 지난 22일(현지시간) 국제학술지 '지구물리학 연구 저널: 행성(Journal of Geophysical Research: Planets)'에 게재됐다.2023년 말과 2024년 초 미국 항공우주국(NASA)의 주노 탐사선은 이오를 근접 비행하며 마이크로파 방사측정기(MWR)를 이용해 표면 아래 약 2~6m 깊이까지 탐사했다.

원래 목성의 두꺼운 구름 층을 관측하기 위해 개발된 이 장비가 오히려 행성 지각 내부의 열 이동을 연구하는 새로운 도구로 활용된 것이다.

NASA는 이번 관측이 행성 내부의 열 전달 과정을 연구하는 강력한 방법을 제시했다고 설명했다.이번 연구의 공동 저자이자 주노 탐사선 책임 연구원인 스콧 볼턴은 "암석으로 이루어진 위성의 표면 아래를 들여다볼 수 있다는 사실은 지구 화산 연구에도 중요한 의미를 갖는다"며 "주노 탐사선의 성과를 통해 지구의 화산 지대에서도 MWR와 같은 장비를 활용하면 지하 온도의 특징을 파악할 수 있고, 이를 통해 화산의 작동 원리에 대한 새로운 정보를 얻을 수 있을 것"이라고 말했다.지금까지 연구자들은 적외선 관측을 통해 이오 표면의 온도만 측정할 수 있었다.

그러나 주노 탐사선은 지하 수 m 깊이까지 탐사하며 열이 지각을 통해 어떻게 이동하는지를 처음으로 밝혀냈다.

관측 결과 지표면에서 불과 2~3m만 내려가면 온도가 22도 이상 높아진 것으로 나타났다.

이는 태양 복사열만으로는 설명할 수 없는 수준이다.

또한 주노 탐사선이 작성한 지하 열 지도에서는 주변보다 10~20도 높은 국지적 고온 지역도 확인됐다.주노 탐사선은 또 다른 흥미로운 사실도 밝혀냈다.

거대한 산과 활화산으로 유명한 이오의 표면 대부분이 예상보다 훨씬 매끄럽고 밀도가 매우 낮은 물질로 이루어져 있다는 것이다.

연구진은 이오 표면이 다공성 화산재와 유황 서리, 각종 화산 분출 잔해층으로 덮여 있으며, 이러한 물질이 지속적으로 쌓이면서 오래된 지형을 새로운 퇴적물 아래 묻어 표면을 끊임없이 재형성하고 있는 것으로 추정했다.연구진은 이번에 감지된 지하 열이 내부의 용융된 마그마에서 전도성 지각을 통해 꾸준히 전달되거나, 표면 바로 아래에 갇힌 용암류가 식으면서 방출하는 열 때문일 가능성이 크다고 분석했다.지구의 화산 활동이 주로 방사성 원소의 붕괴에서 발생하는 내부 열에 의해 유지되는 것과 달리, 이오는 목성의 강력한 중력에 의해 지속적으로 늘어나고 줄어드는 ‘조석 가열’의 영향을 받는다.

이러한 반복적인 변형이 막대한 내부 열을 만들어내 수백 개의 활화산을 활성화시키며, 이오를 태양계에서 가장 화산 활동이 활발한 천체로 만든다.연구진은 이번에 활용한 마이크로파 탐사 기술이 행성 내부에서 열과 마그마가 이동하는 과정을 더욱 정확하게 이해하는 데 도움을 줄 것으로 기대하고 있다.

장기적으로는 지구 화산의 활동을 보다 정밀하게 관측하고 분화를 예측하는 기술 개발에도 기여할 수 있다는 설명이다.볼턴은 "이오는 우주에서 조석 가열이 어떻게 작동하는지를 연구할 수 있는 특별한 창"이라며 "조석 가열은 모행성에서 멀리 떨어진 천체에도 에너지와 열을 공급하는 근본적인 과정"이라고 말했다.

이어 "이 과정은 이오처럼 태양계에서 가장 활발한 화산 활동을 일으킬 뿐 아니라, 유로파와 가니메데 같은 목성의 위성에 존재하는 것으로 추정되는 지하 바다에도 에너지를 공급한다"며 "지금까지는 표면이나 화산 분출을 통해 방출되는 열만 관측할 수 있었지만, 이제는 열이 내부에서 표면으로 이동하는 과정까지 파악할 수 있게 됐다"고 설명했다.이오는 화산 활동이 매우 활발해 행성 지각을 통한 열 전달 과정을 연구하는 자연 실험실로 평가 받는다.

연구진은 이번 성과가 수십억 년 전 대규모 화산 활동으로 형성된 화성과 금성, 지구의 달 등 다른 천체의 고대 화산 활동을 이해하는 데도 도움이 될 것으로 기대하고 있다.이번 기술은 외계 생명체 탐사에도 활용될 가능성이 있다.

이오 자체는 생명체가 살기 어려운 환경이지만, 마이크로파 장비는 얼음 표면 아래를 탐사하는 데도 사용할 수 있다.

실제로 주노 탐사선은 같은 장비로 목성의 위성 유로파와 가니메데를 관측했으며, 과학자들은 이들 위성의 두꺼운 얼음층 아래에 거대한 액체 바다가 존재할 것으로 보고 있다.

연구진은 얼음 지각을 통해 열이 어떻게 이동하는지를 이해하는 것이 생명체가 존재할 수 있는 환경을 판단하는 데 중요한 단서가 될 수 있다고 설명했다. ...