언젠가 인류는 지구가 아닌 거주 가능한 다른 행성에 발을 디딜지도 모릅니다. 그 행성은 지구와 매우 다르게 보일지도 모르지만, 한가지는 친숙하게 느껴질 것이라고 합니다. 바로 ‘비’입니다.
최근 ‘Journal of Geophysical Research: Planets‘에 게재된 연구에 따르면 하버드대학교 연구진들은 빗방울은 지구와 목성처럼 완전히 다른 행성 환경에서도 현저히 비슷하다고 유사하다고 하는데요. 다른 행성에서 빗방울의 거동을 이해하는 것은 화성과 같은 행성의 고대 기후를 밝혀내는 것뿐만 아니라 잠재적으로 우리 태양계 밖에서 거주 가능한 행성을 식별하는데 중요합니다.
이번 연구의 주요 저자이자 지구행성과학부 대학원생인 케이틀린 로프터스(Kaitlyn Loftus)는 “구름의 수명은 우리가 거주가능 행성을 생각할 때 정말 중요하다”며 “하지만 구름과 강수는 매우 복잡하고 모델링을 하기에도 너무 복잡하다. 우리는 구름이 어떻게 진화하는지 이해하기 위한 더 간단한 방법을 찾고 있다. 첫번째 단계는 구름 방울이 대기 중에 증발하는지 아니면 비가 되어 지표면에 도달하는지이다”라고 설명합니다.
이번 연구의 책임 저자이자 하버드대학교 환경과학 및 공학 부교수인 로빈 워즈워스(Robin Wordsworth)는 “보잘것 없는 빗방울은 모든 행성의 강수 주기의 필수적인 구성요소이다”라며 “각각의 빗방울이 어떻게 작용하는지 이해한다면 우리는 복잡한 기후 모델에서 비를 더 잘 표현할 수 있다”고 말합니다.
빗방울 거동의 본질적인 측면은, 적어도 기후 모델들에게 있어서는, 빗방울이 행성의 표면에 도달하는지 아닌지에 관한 겁니다. 왜냐하면 대기의 물은 행성 기후에 큰 역할을 하기 때문입니다. 그러기 위해서는 크기가 중요합니다. 너무 크고 낙하하는 빗방울이면 표면 장력이 부족해 부서질 겁니다. WASP-76b라는 외계행성에서처럼 물이든 메탄이든 과열된 액체 상태의 철이든 상관없이 말이죠. 반면에 너무 작으면 낙하물이 표면에 닿기도 전에 증발하게 됩니다.
로프터스와 워즈워스는 빗방울 크기에 대한 생명체 거주 가능 영역인 ‘골드락스 존(Goldilocks zone)’을 확인했는데요. 낙하 형태, 낙하 속도, 증발 속도 이렇게 세 가지 특성을 사용했습니다.
낙하 모양은 여러 가지 물질의 비에서 동일하며 주로 얼마나 무거운 물방울인지에 따라 달라집니다. 대부분의 사람들이 눈물 모양의 물방울을 상상할 수도 있겠지만, 빗방울은 실제로 작을 때는 구형입니다. 하지만 크기가 더 커질 때에는, 햄버거용 빵의 윗면 같은 모양으로 변하면서 성장하다가 결국 뭉개집니다. 낙하 속도는 중력과 주위 공기의 두께뿐만 아니라 이 모양에 달려있습니다. 증발 속도는 대기의 구성, 압력, 온도, 상대 습도 등에 의해 더 복잡해집니다.
로프터스와 워즈워스는 이렇나 모든 특성을 고려함으로써 광범위한 행성 조건에 걸쳐, 빗방울 낙하를 계산한 결과, 구름에서 낙하 가능한 크기의 극히 일부만이 표면에 도달할 수 있다는 걸 발견했습니다.
로프터스는 “우리는 외계행성의 구름 사이클을 모델링할 때 이 거동을 사용해 설명할 수 있다”고 설명합니다. 워즈워스는 “다양한 환경에서 빗방울과 구름에 대해 생각하면서 얻는 통찰력은 외계행성의 거주가능성을 이해하는데 중요하다”며 “장기적으로 그것들은 또한 우리가 지구의 기후 자체를 더 깊이 이해하는데 도움을 줄 수도 있다”고 말합니다.
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