유로파가 햇빛 없이 빛나는 이유
유로파가 햇빛 없이 빛나는 이유
  • 함예솔
  • 승인 2021.01.20 20:05
  • 조회수 5686
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어둠 속에서 푸르게 빛나는 유로파  

 

400여넌 전, 갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei)는 목성 주변에서 유로파와 함께 이오, 가나메데, 칼리스토를 발견했습니다. 이 발견으로 갈릴레이는 우주룰 바라보는 인류의 관점을 혁명적으로 바꿨습니다. 이 발견은 지구가 하늘의 모든 움직임의 중심이라는 일반적인 믿음을 뒤흔들었죠.

유로파 표면. 출처: NASA/JPL/University of Arizona
유로파 표면. 출처: NASA/JPL/University of Arizona

과학자들이 목성의 위성 중에서도 유로파에 관심을 갖는 이유는 얼음으로 뒤덮인 이곳 지표 아래 해양이 숨겨져 있을 거라는 추측 때문인데요. 심지어 지구보다 2배나 더 많은 물이 담겨 있을 것으로 추정합니다. 그래서 이곳은 지구 외에 우리 태양계에서 생명체가 존재할 가능성이 아주 높은 곳이죠. 크기가 달보다 약간 작은 유로파의 얼음으로 뒤덮인 표면에는 선형적으로 길게 교차하는 균열과 능선 등이 보이는데요. 얼음층의 두께는 약 15~25km 정도이고 그 아래 해양의 깊이는 무려 60~150km정도로 추정된다고 합니다. 지구와 마찬가지로 유로파에도 암석으로 이뤄진 맨틀과 철로 이뤄진 핵이 존재할 것으로 예상됩니다. 

 

유로파는 목성을 공전하면서 끊임없이 목성으로부터 방출되는 방사능을 견뎌내는데요. 목성은 밤낮으로 유로파의 표면으로 전자와 다른 입자들을 강타하며 고에너지방사선으로 유로파로 쏟아냅니다. 

목성에서 쏟아지는 방사선은 유로파의 표면에 있는 분자들을 파괴할 수 있습니다. 출처: NASA / JPL-Caltech
목성에서 쏟아지는 방사선은 유로파의 표면에 있는 분자들을 파괴할 수 있습니다. 출처: NASA / JPL-Caltech

이 입자들이 위성의 표면을 계속해서 강타하며 새로운 세계를 보여주는데요. 바로 어둠 속에서 유로파를 빛나게 합니다. 푸르게 빛나고 있는 유로파의 모습은 평소 보던 유로파와 많이 달라보입니다. NASA의 제트추진연구소 과학자들은 처음으로 상세히 이 빛이 어떻게 보이는지 조사했는데요. 이를 통해 유로파 표면의 얼음 구성이 무엇인지 밝힐 수 있을 것 같습니다. 해당 연구는 <Nature Astronomy>에 게재됐습니다. 

 

염분이 있는 각각의 화합물들은 방사선에 각기 다르게 반응합니다. 그러면서 자신만의 독특한 빛을 방출합니다. 육안으로 보면 이 빛은 약간 녹색처럼 보이기도 하고 때론 파랗거나 하얗게 보이기도 합니다. 또 어떤 물질이냐에 따라 밝기도 매우 다양해 보입니다. 연구진들은 분광계를 사용해 빛을 파장별로 분리하고 개별적인 특징과 연결하거나 스펙트럼을 얼음의 각기 다른 구성과 연결지었습니다. 그동안 유로파와 같은 위성에서 분광계를 이용한 관측은 대부분 햇빛을 받는 쪽에서 반사된 햇빛을 이용해 얻었는데요. 이번에 수행한 새로운 연구에서는 햇빛이 비추는 쪽이 아닌, 빛이 들어오지 않는 어둠이 내리는 쪽에서 유로파의 모습이 어떤지 보여줍니다.  

 

이번 연구의 주요 저자이자 제트추진연구소의 Murthy Gudipati는 "우리는 유로파의 밤에 얼음 빛이 유로파의 표면 구성에 대한 추가 정보를 얻을 수 있을 것이라고 예측했다"며 "그 구성이 어떻게 다른지는 유로파가 생명체에 적합한 환경을 가지고 있는지에 대한 단서를 제공할 수 있을 것"이라고 밝혔습니다. 유로파의 두꺼운 얼음층 아래엔 거대한 해양이 있기 때문에 지표를 분석하면 과학자들은 그 아래 무엇이 있는지 더 많이 알아낼 수 있기 때문이죠.

 

빛이 반짝반짝


 
과학자들은 유로파의 지표에 있는 얼음은 지구상에 흔히 존재하는 황산마그네슘과 염화나트륨과 같은 얼음이 혼합돼 만들어질 수 있다고 추론해왔습니다. 이 새로운 연구는 유로파와 같은 조건에서 염분이 포함된 얼음이 방사선의 폭격을 받으면 빛이 난다는 사실을 보여줍니다. 

유로파 지표에 얼음으로 뒤덮인 표면들. 출처: NASA / JPL / University of Arizona
유로파 지표에 얼음으로 뒤덮인 표면들. 출처: NASA / JPL / University of Arizona

과학자들은 이 빛이 강력한 전자가 지표를 통과해 그 아래 있는 분자들에 에너지를 공급함으로써 발생한다는 사실을 알고 있습니다. 분자에서 에너지들이 나갈 때 가시광선의 형태로 방출하게 되죠. 이번 연구의 공동 저자이자 제트추진연구소의 Bryana Henderson는 "그러나 우리가 결국 무엇을 보게 될지는 상상도 못했다"며 "우리가 새로운 얼음의 구성을 밝히려 시도했을 때 그 빛은 다르게 보였다"고 전합니다. 이어 "우리는 모두 잠시 그걸 응시하고 있다가 '이거 새로운 거지? 확실히 다른 빛인가?'라고 말했고 그래서 우리는 분광계를 겨눴고 얼음의 종류마다 스펙트럼이 달랐다"고 전했습니다. 

 

유로파 표면의 실험실 모형을 연구하기 위해 연구팀은 유로파의 고에너지 전자 및 방사선 환경 테스트(ICE-HEART)를 위해 'Ice Chamber'라 부르는 독특한 기구를 만들었다고 하는데요. ICE-HEART를 메릴랜드주 게이더스버그(Gaithersburg)에 있는 고에너지 전자빕 시설로 가져갔고 완전히 다른 연구를 염두해두고 실험을 시작했습니다. 바로 유로파 얼음 아래 유기물질이 방사능의 폭격에 어떻게 반응하는지 알아보기 위해서였습니다. 그때까지만 해도 연구진들은 각기 다른 얼음 구성과 관련 있는 빛 자체의 변화를 볼 것이라고 예상하지 못했다고 합니다. 연구진에 따르면 이 발견은 순전히 뜻밖의 행운이었습니다. 

 

어두운 하늘에서 달은 특이하게 보이지 않을 수도 있습니다. 우리가 달을 볼 수 있는 건 햇빛을 반사하기 때문이죠. 하지만 유로파의 빛은 전혀 다른 메커니즘에 의해 발생한다고 과학자들은 말합니다. 심지어 햇빛이 비추지 않는 쪽에서도 계속해서 빛을 내는 달을 상상해보세요. Gudipati는 "만약 유로파가 이 방사능에 노출되지 않았다면 아마도 지구의 달처럼 빛추지 않는 곳에서는 어둡게 보였을 것"이라며 "하지만 목성의 방사선이 유로파에 폭격을 가하게 되면서 어둠 속에서도 빛을 발한다"고 설명합니다. 

 

유로파는 곧 발사 예정인 NASA의 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 미션을 통해 자세히 관측될 전망인데요. 목성 궤도를 도는 동안 여러 번의 플라이바이를 통해 유로파 지표를 관측할 예정입니다. 미션 과학자들은 우주선의 과학장비로 빛을 관측할 수 있는지 여부를 평가해보기 위해 이번 연구 결과를 검토하고 있다고 합니다. 우주선이 수집한 정보가 유로파 표면의 해양 성분을 식별하거나 그것들이 무엇인지 좁히기 위해 새로운 연구에서 측정한 값과 일치할 수도 있을 겁니다. 


Gudipati는 "실험실에 있으면서 '우리가 도착하면 이걸 찾을지도 모른다'고 말하는 경우가 흔치 않다"며 "보통 그 반대이다. 거기 가서 무언가를 찾아서 연구실에서 설명하려고 한다"고 말한다. 이어 "하지만 우리의 예측은 단순한 관측으로 거슬러 올라간다"며 "이것이 바로 과학"이라고 말합니다. 

 

유로파 클리퍼와 같은 미션들은 우리가 알고 있는 대로 생명체가 거주할 수 있는 세계의 변수와 조건들에 대해 연구하는 우주생물학 분야에 큰 기여를 하게 될 겁니다. 유로파 클리퍼 미션은 생명체를 발견하기 위한 임무는 아니지만 유로파에 대한 정밀 정찰을 실시해 지표면 아래 바다가 있는 이 얼음위성이 정말로 생명체를 존재할 수 있는지 조사할 예정입니다. 유로파의 생명체 거주가능성을 이해하는 건 지구에서 생명체가 어떻게 발달하게 됐는지, 지구 너머 어느 곳에 생명체가 존재할 수 있는지 이해하는데 도움이 될 것입니다. 


##참고자료##

 


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