스페이스 클럽 주노 데이터는 유로파 표면 빙상 두께에 대한 통찰을 제공합니다

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NASA의 주노 궤도선에서 얻은 최근 데이터를 활용해, 과학자들은 목성 위성의 지하 해양을 감싸는 유로파 표면 얼음 껍질의 두께와 구조에 대한 새로운 세부 사항을 밝혀냈다. 행성 과학자와 우주생물학자들에게 유로파의 바다는 달을 지구 밖에서 생명체가 존재할 가능성이 가장 높은 장소 중 하나로 만듭니다.

2016년 7월 목성 궤도에 진입한 이후, 주노는 유로파와 목성의 두 개의 다른 얼음 위성인 칼리스토와 가니메데에 대한 광범위한 연구를 수행해왔습니다. 주노의 새로운 유로파 측정은 궤도선의 마이크로파 복사계 장비를 사용했으며, 과학자들이 유로파 얼음 껍질 두께에 대해 이론화한 두꺼운 얼음과 얇은 얼음 모델을 처음으로 구분한 것입니다.

유로파는 지구의 달보다 약간 작으며, 표면 얼음 껍질의 구조와 두께를 이해하는 것은 과학자들이 달의 내부 구조를 파악하는 데 도움이 될 것입니다. 더 나아가, 이 측정값들은 달의 거주 가능성에 관한 이론에 도움을 줄 수 있습니다.

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연구에 사용된 마이크로파 복사계(MWR) 기기는 목성의 소용돌이치는 구름 꼭대기 아래 대기를 관측하도록 설계되었습니다. 하지만 주노가 달을 근접 탐사할 때는 표면 조성과 특성에 대한 데이터도 수집할 수 있습니다. MWR은 6개의 안테나로 구성되어 있으며, 마이크로파 범위 내에서 600 MHz, 1.2 GHz, 2.4 GHz, 4.8 GHz, 9.6 GHz, 22 GHz 등 마이크로파 범위 내에서 방출되는 전자기파를 측정합니다.

참고

• 주노 업데이트
• 우주과학 부문
• L2 아틀라스 V/주노 프로세싱
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새로운 유로파 연구를 위해 MWR은 2022년 9월 29일 주노가 유로파를 근접 통과하며 달 표면에서 360km 이내로 접근하면서 활성화되었습니다. 이 조작으로 MWR은 유로파 표면의 절반을 관측하고 얼음 껍질 아래를 '관찰'하여 다양한 깊이에서 온도를 측정할 수 있었습니다. 근접 통과 후 MWR 데이터를 분석한 결과, 껍데기는 평균 약 29km(18마일) 두께입니다.

"18마일 추정치는 순수한 물 얼음 껍질의 차갑고 단단하며 전도성이 높은 외층과 관련이 있습니다. 만약 내부에 약간 더 따뜻한 대류층도 존재한다면, 이는 가능할 수 있습니다. 그렇다면 전체 얼음 껍질 두께는 더 커질 것입니다. 만약 일부 모델이 제안하는 것처럼 얼음 껍데기에 적당한 양의 용해된 염분이 포함되어 있다면, 껍질 두께 추정치는 약 3마일 줄어들 것입니다."라고 캘리포니아 NASA 제트 추진 연구소의 주저자 스티브 레빈은 설명했습니다.

MWR 측정은 두꺼운 조개 모델이 가장 정확함을 시사하며, 산소, 영양분, 생명에 필요한 기타 성분들이 표면에서 해저로 더 긴 경로를 이동해야 함을 의미합니다.

주노 우주선을 보여주는 인포그래픽. (출처: NASA)

더욱이 MWR 데이터는 유로파 표면의 균열, 기공, 빈 공간 등 불규칙한 부분들이 MWR이 측정하는 마이크로파를 산란시킬 수 있음을 밝혀냈습니다. 이 '산란체'들은 얼음이 빛을 산란시키는 것과 유사하게 작용하며, 지름은 몇 인치에 불과하지만 달 표면 안쪽으로 수백 피트 뻗어 나갑니다.

일부 이론은 이 산란체가 지하 해로 가는 경로 역할을 할 수 있다고 제안했습니다. 하지만 이번 연구에 사용된 데이터는 산란체가 얼음 속으로 충분히 깊숙이 닿지 않아 바다에 도달하지 않는다는 것을 밝혀냈습니다.

"얼음 껍질의 두께와 얼음 껍질 내에 균열이나 구멍이 존재하는지는 유로파의 잠재적 거주 가능성을 이해하는 복잡한 퍼즐의 일부입니다. 이 연구들은 NASA의 유로파 클리퍼와 ESA JUICE 우주선에 중요한 맥락을 제공합니다. 두 우주선 모두 목성계로 향하고 있습니다."라고 텍사스 사우스웨스트 연구소의 주노 수석 연구원 스콧 볼턴은 말했습니다.

목성 시스템에 있는 유로파 클리퍼의 아티스트 인상. (출처: NASA)

주노는 2025년 9월 두 번째 임무 연장을 마쳤지만, 여전히 정기적으로 목성 근사를 수행하고 있습니다. 궤도선의 가장 최근 근접 통과는 1월 23일에 이루어졌으며, 목성 근접 비행은 2월 25일로 예정되어 있습니다.

한편, 목성은 앞으로 몇 년간 두 척의 새로운 달 관측 우주선을 받을 예정입니다: 2024년 10월 발사된 NASA의 유로파 클리퍼와 2023년 4월에 발사된 유럽우주국(ESA)의 목성 아이시 위성 탐사선(JUICE)입니다. JUICE의 임무가 유로파, 가니메데, 칼리스토를 연구하는 반면, 유로파 클리퍼는 특히 유로파를 목표로 하여 그 지하 해양이 생명을 유지할 수 있는지 확인한다. 유로파 빙상에 대한 새로운 측정과 주노 데이터를 이용한 얼음 위성 연구들은 JUICE와 유로파 클리퍼의 향후 과학 운영 및 임무 계획에 도움이 될 것입니다.

레빈 등의 결과는 12월 17일 네이처 천문학지에 게재되었습니다.

(주요 이미지: 유로파 촬영: 주노. 출처: NASA)

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