스페이스 클럽 NASA의 대서사시 OSIRIS-REx 임무에서 나온 소행성 샘플은 베누가 불과 얼음에서 태어났음을 보여줍니다

[발사대]

이 발견은 또한 베누를 탄생시킨 물질이 지구와 행성을 형성한 행성 형성 원반의 평균 원소 함량을 대표한다는 것을 시사한다.

NASA의 OSIRIS-REx 우주선이 관측한 소행성 베누의 모자이크 이미지입니다. (이미지 출처: NASA/고다드/애리조나 대학교)

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소행성 베누는 45억 년 전 행성을 형성한 먼지 낀 원반의 뜨거운 원반과 차가운 사이의 경계에 형성되었으며, NASA의 OSIRIS-REx 임무가 이 우주 암석에서 가져온 샘플들은 행성들이 조립된 원시 물질을 가장 잘 볼 수 있게 해줍니다.

"베누는 지구 행성들이 궁극적으로 형성된 원래 화학 원소 혼합물을 가장 잘 엿볼 수 있는 단서를 제공할 수 있다"고 스위스 취리히 공과대학교 동위원소 지구화학 교수 마리아 쇤베클러가 성명에서 말했다.

베누는 NASA가 2018년부터 2021년까지 OSIRIS-REx(기원, 스펙트럼 해석, 자원 식별, 보안, 레골리스 탐사기) 임무로 방문한 근지구 소행성입니다. 그리고 2023년 9월 23일, OSIRIS-REx 우주선이 지구에 낙하산으로 낙하산을 보내 베누에서 추출한 0.26파운드(120그램) 레골리스 샘플을 투입했습니다.

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Asteroid Bennu samples have 'bio-essential sugars' in new discovery

NASA의 OSIRIS-REx 우주선은 2020년 4월 14일 임무 샘플 채취 행사의 첫 리허설 중 소행성 베누의 이 일련의 이미지를 촬영했습니다. 실제 샘플 채취 과정은 이 모습과 매우 비슷했습니다. (이미지 출처: NASA/고다드/애리조나 대학교)

그 샘플의 물질은 이후 전 세계 연구자들 사이에 배포되었으며, 셰인베클러 연구실에는 반 g1그램이 포함되었다. 쇤베클러와 그녀의 팀의 발견은 이후 우리가 베누의 탄생에 대해 알고 있던 것들을 바꿔놓았다.

그들은 시료 내 철, 티타늄, 크롬의 동위원소(중성자 수가 많거나 적은 원소 변이)를 분석했으며, 특히 철과 티타늄이 잘 혼합되어 있음을 발견했습니다. 베누의 조성은 일본의 하야부사2 임무도 샘플을 얻은 또 다른 소행성인 류구와 놀라울 정도로 유사하다. 희귀 운석인 CI 콘드라이트도 베누와 류구와 유사한 동위원소 조성을 공유하여 공통 출생지를 시사합니다.

그리고 바로 그 지점에서 정말 흥미로운 점이 시작됩니다. 벤누와 류구 모두 어느 시점에 부서진 더 큰 몸체의 조각들입니다. 일부 과학자들은 그 모체들이 태양계 외곽에서 멀리 떨어진 곳, 어쩌면 혜성 옆에서 형성되었을 가능성이 높으며, 그 먼 곳에서 형성된 과정이 상대적으로 느리기 때문에 행성들보다 늦게 형성되었다고 제안합니다.

그러나 쇤베클러 팀의 벤누 샘플 동위원소 분석은 이를 다르게 보여준다. 동위원소들이 고르게 섞여 있다는 점에서 이 식물은 뭉치거나 거친 물질이 아니라 미세한 먼지 입자에서 형성되었음을 시사합니다. 물 분자의 존재는 또한 그것이 생각보다 태양 가까이에 형성되었음을 시사합니다.

쇤베클러 팀은 다음과 같은 시나리오를 제시합니다: 벤누가 행성의 분열선인 눈선(눈선) 근처에서 형성되었으며, 그 이후로는 수증기가 생성하기에는 온도가 너무 낮아 물이 얼음으로 얼었다고 합니다. 눈선 안쪽 온도는 더 높아 얼음이 기체로 승화하거나 녹아 액체가 되었습니다. 불과 얼음 사이의 눈선은 오늘날 목성이 있는 곳과 대략 같은 위치에 있었습니다. 이 선의 양쪽에서 나온 물질이 함께 흐르며 벤누, 류구, CI 콘드라이트의 모체를 조립했으며, 얼음은 미세먼지 입자들을 접착제처럼 결합시켰다.

목성도 이 과정에서 역할을 했습니다. 거대 행성은 태양 발생 직후(백만 년 이내)에 형성되었습니다. 이 먼지가 자라서 궤도를 지배하게 되면서, 더 무겁고 거친 먼지 덩어리가 그 주위를 흐르며 벤누가 형성된 구역으로 들어갈 수 있는 장애물 역할을 했다. 이것이 동위원소들이 뭉치지 않고 잘 섞인 이유를 설명하며, 베누의 부모가 목성이 형성된 직후에 형성되었을 가능성이 높다는 것을 알려줍니다. 베누 샘플에서 수분 함유 광물이 많이 발견된 점은, 눈선 바로 안쪽에서 증기로 승화된 물얼음이 베누와 그 친척들이 건설된 지역으로 운반된 물질의 일부였음을 시사합니다.

태양계 내 여러 천체가 형성된 곳과 목성이 안쪽으로 떠다니는 먼지를 어떻게 제어하는지에 대한 도식이었다. (이미지 출처: Schönbächler M. 외, Science Advances (2026), 크리에이티브 커먼즈 BY 4.0)

"베누는 하이브리드다," 쇤베흘러가 말했다. "물질이 내측 태양계와 외측 태양계 어느 쪽과도 명확히 일치하지 않습니다." 대신 베누는 두 지역에서 유래한 특성을 가지고 있습니다.

더불어, 잘 혼합된 미세입자 물질은 태양 이전 성운의 조성과 더 가깝게 맞아떨어져 태양 자체와 더 잘 맞습니다. 이는 베누가 태양계 형성의 기초가 된 원시 물질로 가득 차 있으며, 지구를 포함한 행성들이 어떤 물질에서 나왔는지 더 잘 이해하는 데 도움을 줄 수 있음을 의미합니다.

흥미로운 점은 성공적인 샘플 반환 임무의 목적지였던 근지구 소행성인 베누와 류구가 모두 매우 유사한 기원을 가졌다는 것입니다. 이것이 순전히 우연일까요, 아니면 근지구 소행성 개체군이 어디서 왔는지에 대해 무언가를 알려주는 것일까요?

쇤베클러는 "이제 다른 소행성들도 베누와 류구와 같은 동위원소 신호를 가지고 있는지 궁금해하고 있다"고 말했다.

그 답을 찾을 수 있는 유일한 방법은 더 많은 샘플을 채취하는 것입니다. 중국의 탐사 임무인 톈원-2는 올여름 근지구 소행성 카모오알레와에 도착해 내년에 샘플을 가져올 예정이며, 일본의 화성 위성 탐사 임무는 올해 8월 발사 예정이며 2031년에 포보스에서 샘플을 가져올 계획이다. 화성의 위성으로 지정되었지만, 포보스는 포획된 소행성일 가능성이 있다고 여겨집니다. 만약 그렇다면, 동위원소 조성은 화성보다는 베누와 더 비슷할 수도 있습니다.

베누의 최신 연구 결과는 9월 23일 학술지 Science Advances에 게재되었습니다.

스페이스 클럽(Space Club)