前 명왕성 '눈 덮힌 산맥의 비밀'
前 명왕성 '눈 덮힌 산맥의 비밀'
  • 함예솔
  • 승인 2020.10.27 18:10
  • 조회수 1521
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

뉴허라이즌스 호. 출처: NASA
뉴허라이즌스호. 출처: NASA

지난 2015년 7월, NASA의 뉴허라이즌스호(New Horizons spacecraft)는 한 때 태양계 행성 중 하나였던 명왕성을 관측했습니다. 덕분에 과학자들은 명왕성과 그 위성의 자세한 사진을 얻을 수 있었습니다. 뉴허라이즌스호가 보내온 사진을 보면 명왕성의 지형이 예상과 사뭇 달랐다는 점을 알게 됩니다.

 

지구와 비슷해

흡사해 보이는 산맥모습. 출처: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute, Thomas Pesquet / ESA
지구와 흡사해 보이는 산맥 모습. 출처: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute, Thomas Pesquet / ESA

위 사진을 보면 명왕성 표면은 지구처럼 산맥들이 존재합니다. 산 정상에 눈까지 쌓여 있습니다. 명왕성의 얼어붙은 표면은 메탄, 질소, 물로 이뤄진 얼음들입니다. 그런데 최근 <Nature Communications>에 게재된 연구에 따르면 명왕성의 산맥 꼭대기에 덮힌 눈이 지구에서 만들어지는 방식과 반대인 '위에서 아래로' 형성됐을 수 있다고 합니다. 

지구와 명왕성에서 산맥 정상부 눈 쌓이는 과정 다르다. 출처: Tanguy Bertrand et al.
지구와 명왕성에서 산맥 정상부 눈 쌓이는 과정이 다르다. 출처: Tanguy Bertrand et al.

이번 연구의 주요 저자이자 NASA의 행성과학자인 Tanguy Bertrand는 "명왕성의 기반암은 물로 이뤄져 있지만 몹시 춥기 때문에 얼음이 암석보다 더 단단하다"며 "명왕성의 산들은 이 차가운 얼음으로 이뤄져 있다"고 밝혔습니다. Tanguy Bertrand 박사는 명왕성의 어두운 충돌구가 많은 크툴루 지역(Cthulhu region)의 피가페타(Pigafetta Montes)와 엘카노(Elcano Montes) 산맥 정상에 내린 서리들이 지구에서 볼 수 있는 눈 덮인 산맥들과 매우 흡사하다고 언급했는데요. 예를 들어 피가페타 산맥 정상은 높이가 3.5km 정도 됩니다. 그 중 1.5km 고도에 밝게 반사되는 구간이 있습니다. 크툴루 지역의 분화구 테두리와 벽에서도 비슷한 서리가 관찰됐다고 하는데요. 이러한 풍경은 태양계 다른 곳에서 관측된 적이 없습니다.

 

명왕성에 있는 이 서리가 무엇으로 이뤄져 있는지 불분명했습니다. 연구자들이 메탄을 확인하긴 했지만 그것이 순수한 메탄인지 아니면 질소와 혼합돼 있는 것인지 알 수가 없었습니다. 서리의 구성에 대해 알지 못하는 상태로 이 서리가 어떻게 형성됐는지 파악하는 건 쉽지 않아 보였습니다.  

 

명왕성 정상부 눈은 메탄

 

이러한 미스터리를 해결하기 위해 연구자들은 뉴허라이즌스호의 고해상도 데이터 중에 높은 고도의 서리들이 무엇으로 구성돼 있는지에 초점을 맞춰 조사를 이어나갔습니다. 그 결과 명왕성 산맥 정상부에 있는 서리들은 거의 순수한 메탄 얼음이었습니다. 질소 얼음의 흔적도 남아있었습니다. 연구원들은 또한 명왕성의 기후에 대한 고해상도 컴퓨터 시뮬레이션을 개발했습니다. 그리고 메탄이 명왕성 주위를 어떻게 순환하고 있는지 조사했습니다.

 

지구에서는 습한 공기가 산맥의 오르막 비탈을 오르며 고도가 높아짐에 따라 온도가 떨어지며 산 정상부에 눈이 쌓이게 됩니다. 습한 공기 속 습기는 상승할 때 온도가 낮아지면서 응축되기 때문인데요. Tanguy Bertrand 박사는 "메탄은 명왕성에 미량가스인데 지구의 수증기처럼, 처음에는 명왕성에서 본 높은 고도의 서리가 지구에서와 같은 방식으로 형성될 수 있다는 게 논리적으로 보였다"며 "하지만 명왕성에서는 정 반대의 현상이 일어나고 있었다"고 전했습니다. 연구진은 이와 같은 명왕성의 새롭고 독특한 대기 과정이 눈 덮인 산맥을 만든다는 걸 발견했습니다. 

 

새로운 시뮬레이션은 명왕성의 대기 순환이 명왕성의 평원으로부터 몇 마일 위에 메탄가스를 농축할 수 있다는 걸 보여줬습니다. 결국 메탄은 산꼭대기에 서리로 내리며 응축됐던 것이죠.  

 

아주 작은 입자로 이뤄진 명왕성 대기

뉴허라이즌스 호가 촬영한 명왕성 대기의 연무 층. 푸른 빛이 아름답다. 출처: NASA / JHUAPL / SwRI
뉴허라이즌스호가 촬영한 명왕성 대기의 연무 층. 푸른 빛이 아름답다. 출처: NASA / JHUAPL / SwRI

태양계에서 먼 명왕성은 248년의 공전 주기를 가지고 있는데요. 꽁꽁 얼어붙은 명왕성 대기의 얼음이 증발하면서 명왕성의 대기는 대부분 질소 가스로 이뤄져 있으며 소량의 메탄과 일산화탄소가 포함돼 있습니다. 메탄과 다른 기체들은 빛에 반응하기 때문에 이 연무 입자들은 지표에서 20마일 이상의 높은 대기에서 형성됩니다. 그리고 지표에는 천천히 떨어집니다. 

 

명왕성의 얇은 대기는 태양에 의해 가열되고 실제로 고도가 높아질수록 따뜻해지는 반면 지표의 온도는 한결 같이 차갑게 유지된다고 합니다. Tanguy Bertrand 박사는 "명왕성 대기는 더 따뜻하고 높은 고도에서 메탄 가스를 더 많이 함유하고 있어 가스가 포화상태로 유지될 수 있고 곧장 농축된 지역에 도달할 수 있을 만큼 높은 산봉우리에서 직접적으로 얼어붙게 된다"고 설명합니다. 오히려 낮은 고도에서는 메탄 가스 농도가 낮아서 응축되지 않는다고 합니다. 

 

연구원들은 이번 연구가 명왕성에 존재하는 다른 메탄 저장소가 어떻게 형성됐는지 설명하는데 도움이 될 것이라고 하는데요. Tanguy Bertrand박사는 "이 발견은 우리가 알지 못하는 많은 물리적, 역동적인 과정이 우주에 존재하고 비슷한 풍경을 형성함에도 불구하고 그걸 만든 기후는 지구와 매우 다를 수 있다는 걸 시사한다"고 말합니다. 


##참고자료##

 


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

  • 충청남도 보령시 큰오랏3길
  • 법인명 : 이웃집과학자 주식회사
  • 제호 : 이웃집과학자
  • 청소년보호책임자 : 정병진
  • 등록번호 : 보령 바 00002
  • 등록일 : 2016-02-12
  • 발행일 : 2016-02-12
  • 발행인 : 김정환
  • 편집인 : 정병진
  • 이웃집과학자 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2016-2020 이웃집과학자. All rights reserved. mail to contact@scientist.town
ND소프트