스페이스 클럽 주노는 이오에서 놀라울 정도로 매끄러운 표면의 지하 온도를 밝혀냈습니다.

[발사총책임자]

목성의 가장 내측 갈릴레이 위성 이오를 두 차례 플라이바이한 후, NASA의 주노 우주선 데이터를 활용한 팀이 이오 표면 아래 온도에 대한 최초의 측정 결과를 공개했습니다. 근접 통과 결과 달의 지하 가열이 상당히 있었고, 표면은 매우 매끄럽고 저밀도 물질로 이루어져 있음을 확인했습니다.

이오는 태양계에서 가장 화산성이 활발한 천체로, 이는 모행성에서 오는 엄청난 조석력 때문에 생긴 특징입니다. 이오가 목성을 공전하면서 극심한 중력이 이오 표면을 늘리고 압박하며, 지구보다 훨씬 높은 내부 열을 생성합니다. 하지만 이 새로운 측정 이전까지는 이오의 열적 특성에 대해 적외선 표면 관측을 통해 모두 파악되었습니다.

지하 온도 측정을 위해 주노는 마이크로파 복사계(MWR) 장비를 사용했습니다. 목성의 두꺼운 대기 깊숙이 관측하도록 설계된 MWR은 다중 파장으로, 1.3cm에서 51cm(600 MHz에서 22 GHz 주파수)까지 방사선 관측을 지원합니다. MWR은 주노 측면에 장착된 6개의 크기가 다른 안테나를 통해 이러한 관측을 수행합니다. MWR은 가니메데와 유로파 관측도 수행했습니다.

이오 지하 환경에서 열이 올라가는 위치를 보여주는 MWR 데이터 지도. 색상들은 이오 전역의 온도 구배를 나타냅니다. (출처: NASA/JPL-캘텍/서웨스턴 RI/USGS)

"주노 마이크로파 복사계는 이오의 열 출력을 직접 관측하여 표면 아래를 관찰했습니다. 암석 위성 표면 아래에서 볼 수 있었던 놀라운 발견은 지구 화산 연구에 중요한 시사점을 가집니다. 주노는 지구 화산 근처에서 MWR형 기기로 관측하면 지하 온도 구배에서 유사한 신호를 볼 수 있어 지상 화산이 어떻게 작동하는지에 대한 새로운 정보를 제공할 수 있다고 가르쳐 주었습니다."라고 공동 저자이자 주노 수석 연구원인 사우스웨스트 연구소의 스콧 볼턴이 말했습니다.

참고

• 주노 업데이트
• 우주과학 부문
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NASA 제트 추진 연구소의 섀넌 브라운이 이끄는 팀은 주노 데이터를 사용해 이오 두 차례 근접 통과 데이터를 사용했습니다. 첫 번째는 2023년 12월 30일, 두 번째는 2024년 2월 3일에 이루어졌습니다. 이 두 번의 근접 통과 중 주노는 이오 표면에서 약 1,500km 이내까지 접근했습니다. MWR 데이터는 달 표면 몇 피트만 들어서도 온도가 급격히 상승한다는 사실을 밝혔습니다.

"기기는 몇 인치에서 수십 피트까지 깊은 곳에서 이오의 열 방출을 측정했습니다. 우리가 어디를 봐도 표면 몇 피트 안쪽에서 온도가 40도 이상 상승하는 것을 발견했는데, 이는 태양열 가열만으로는 설명할 수 없는 훨씬 가파른 구배입니다."라고 브라운은 말했다.

브라운 등은 표면 바로 아래에서 온도가 급격히 상승하는 것에 대해 두 가지 이론을 제시합니다. 첫 번째 이론은 이오가 전도성 지각을 가지고 있어 열이 꾸준히 표면으로 올라오도록 허용한다고 제안합니다. 지각 내에서 측정된 배경열 흐름은 약 1에서 3와트/제곱미터로, 달 전체에 걸쳐 지구 평균 에너지 방출의 거의 30배에 달하지만, 국지적 측정은 훨씬 적은 에너지입니다.

2023년 12월 30일 주노가 근접 통과 중 촬영한 이오. (출처: NASA/JPL-캘텍/SwRI/MSSS/제럴드 아이히슈테트)

두 번째 이론은 냉각된 용암류가 이오의 지하 환경을 가열하고 있을 수 있음을 시사합니다. 이 용암류는 약 9미터에서 11미터 두께의 고체 지각 아래에 갇혀 있으며, 언제든지 이오 표면의 약 10%를 덮는 것으로 추정됩니다.

"이오는 조석 가열이 우주 전반에 걸쳐 어떻게 작동하는지 배울 수 있는 독특한 창을 제공합니다. 조석 가열은 모성에서 멀리 떨어진 세계에 에너지와 열을 공급하는 근본적인 과정입니다. 이 과정은 이오의 경우 태양계에서 가장 화산성이 많은 천체를 만들 뿐만 아니라, 유로파와 가니메데 같은 거대 행성의 위성에 있는 지하 해양에 연료를 공급할 수도 있습니다. 이 시점까지 우리는 열이 지표면이나 분출을 통해 빠져나가는 모습을 관찰할 수 있었습니다. 이제 우리는 내부에서 지상으로 열이 어떻게 이동하는지 특성화할 수 있습니다."라고 볼턴은 말했다.

2023년과 2024년 주노의 근접 통과에서 밝혀진 것은 이오의 지하 온도만이 아니었습니다.

MWR 데이터는 또한 위성 표면이 놀라울 정도로 매끄럽다는 것을 보여주었습니다. 이오에는 많은 높은 산들이 있지만, 그 아래에는 100km 이상 뻗은 매끄러운 지면이 펼쳐져 있습니다. 브라운 등은 주노가 겹치는 영역을 서로 다른 각도로 비행함으로써 이오 표면이 마이크로파를 반사하는 방식을 지도화하여 표면의 매끄러움을 결정했습니다.

주노의 MWR 기기가 이오 표면을 측정한 위치를 지도 하이라이트로 표시했습니다. (출처: NASA/JPL-캘텍/서웨스턴 RI/USGS)

브라운은 "산에서 멀어지면 표면이 북미 대평원과 더 비슷하며, 이오는 암석 천체임에도 불구하고 표면 물질의 밀도가 매우 낮아 단단한 암석보다는 부석이나 푹신한 화산재에 가깝습니다."라고 브라운은 말했습니다.

2011년 8월에 발사된 주노는 최근 목성에서 10년을 기념하며 2016년 7월 5일 행성 궤도에 진입했습니다. NASA의 뉴 프런티어스 프로그램의 일환으로 발사된 주노는 2026년 7월 5일, 즉 '페리조브스'라 불리는 목성 통과를 85번째 임무에 성공적으로 통과했습니다.

(주요 이미지: 2023년 10월 주노가 촬영한 Io. 출처: NASA/JPL-캘텍/SwRI/MSSS/테드 스트릭)

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