​우주 곳곳엔 얼마큼의 물이 존재할까?

[박원서]

​우주 곳곳엔

얼마큼의 물이 존재할까?

우주 곳곳엔 얼마큼의 물이 존재할까?

©Getty Images

들어는 보았나, 우리은하 곳곳에 

엄청난 양의 물이 존재한다는 사실을!?

 대부분은 기체 형태로 존재하지만, 

과학자들은 우리 태양계 내의 일부 행성과 위성에

거대한 지하 바다가 숨겨져 있을 가능성을 믿고 있다.

수십억 년 전, 화성에는

광활한 바다와 강이 있었던 것으로 보인다. 

그러나 시간이 지나면서 그 물은 사라지고,

현재는 극지방의 얼음으로 일부 흔적만 남아 있다.

그런데  2015년, NASA 과학자들이 화성 표면에

 실제로 액체 상태의 물이 흐르고 있다는 증거를 확인했다.

특히 2022년에는 지구에서 약 700광년 떨어진 곳에서 

120억 년 된 거대한 우주의 ‘비구름’이 발견되면서

물이 우주의 역사가 시작된 이래로 널리 퍼져 있다는

 믿음이 더욱 강해졌다. 그렇다면, 

우주에서 액체가 발견된 곳은 어디일까?

이 갤러리를 통해 우주의 물길을 따라 

새로운 발견의 여정을 시작해 보자.

엔켈라두스

©NL Beeld

엔켈라두스는 토성의 146개 위성 중 하나로, 

이 작은 얼음 세계는 지각 아래에 액체 상태의 

바닷물로 이루어진 지구의 바다를 숨기고

 있기 때문에 태양계에서 과학적으로

 흥미로운 곳 중 하나이기도 하다.

엔켈라두스

©NL Beeld

과학자들은 2015년 NASA의 카시니 임무에서

 달의 남극 지역에서 수증기와 얼음 입자를

우주로 뿜어내는 간헐천 같은 분출을 관찰한 후

이 '숨겨진 바다'에 대해 처음으로 경각심을 갖게 되었다.

엔켈라두스

©Public Domain

카시니(Cassini) 우주선이 발견한 연기는 

해저의 열수구에 의해 밀려 올라온 것이었다. 

흥미롭게도 이 탐사는 엔셀라두스가 

바다에 미생물이 살기에 적합한 화학 성분을

 가지고 있다는 사실을 확인해 주었다.

엔켈라두스

©NL Beeld

2022년, NASA의 제임스 웹 우주망원경은

 토성의 고리 시스템 전체에 물을 공급하는 

엔셀라두스의 역할을 밝혀내며 

또 하나의 발견을 이루었다.

미마스

©Getty Images

이 시스템 내에는 토성의 또 다른 위성인 미마스가 있으며, 

이곳은 거대한 물 저장소를 품고 있을 것으로 여겨지고 있다

. 사진은 미마스는 토성의 푸른 줄무늬가 특징인

 북반구를 배경으로 촬영되었다.

미마스

©Public Domain

카시니 탐사선이 여러 차례 촬영한 미마스는 

분화구가 매우 크고 겉으로는 활동하지 않는 모습이다.

 하지만 2024년, 프랑스 파리 천문대 연구진은 

미마스의 전체 얼음 표면 아래에 

바다가 존재한다는 데이터를 발표했다.

미마스

©Public Domain

이들은 미마스의 회전에 따른 작은 진동(리브레이션)이 

궤도에 미치는 영향을 분석해 이러한 결론을 도출했다.

 이러한 특성은 오직 파도가 이는 바다가 있을 때만 

설명될 수 있는 것이다. 이 연구는 

2024년 2월 8일 네이처 저널에 게재되었다.

세레스

©Public Domain

소행성대 중심에 위치한 왜소 행성 세레스는 

화성과 목성 궤도 사이에 자리 잡고 있다

세레스

©Public Domain

NASA의 돈 우주탐사선 프로젝트 과학자들은

 세레스의 표면으로 물이 스며들어 나오는 

현상을 관찰했으며, 이는 고대 지하 바다가 

존재했을 가능성을 시사한다.

세레스

©Public Domain

가설이 맞다면, 세레스는 고체 중심부와 

물 얼음으로 이루어진 맨틀을 

가지고 있을 가능성이 높다. 

만약 이 사실이 확인된다면, 

세레스는 지구보다 더 많은 물을 

보유하고 있는 작은 행성체가 된다. 

세레스의 내부 구조를 보여주는

 다이어그램은 이를 설명해준다.

유로파

©NL Beeld

1960년대에 NASA 과학자들은 유로파의 표면이

 대부분 물 얼음으로 구성되어 있다는 사실을

 이미 확인했다. 수십 년이 지난 지금, 

목성의 95개 위성 중 네 번째로 큰 유로파는

 여전히 과학자들을 매혹시키고 있다.

유로파

©Public Domain

최근 발견된 새로운 유형의 염분 얼음은 

표면의 연한 갈색 균열과 줄무늬의 특징을 

설명할 수 있을 뿐만 아니라, 유로파의 

얼음 맨틀 구성에 대한 단서가 된다. 

유로파는 철 중심핵, 암석 맨틀, 그리고 

소금물로 이루어진 거대한 바다를 

가진 것으로 여겨지며, 이 방대한 액체층은 

두께가 약 15~25km에 이르는 

얼음 껍질 아래에 있다. 그 깊이는 

약 60~150km에 이를 것으로 추정된다. 

이러한 환경에서 어떻게 생명체가 나올 수 있을까?

유로파

©Public Domain

이를 확인하기 위해서는 탐사선이 

유로파의 철강처럼 단단한 얼음 껍질을

 뚫고 바다에 도달해야 한다. 왜냐하면

 유로파의 바다에서 표면으로 분출된 

물질은 치명적인 방사선에 의해 분해되고, 

화학적 구성이 변화하며 생명 징후

(생명 존재를 암시하는 화학적 증거)가 

파괴될 가능성이 있기 때문이다.

가니메데

©NL Beeld

목성의 가장 큰 위성이자 

태양계에서 가장 큰 위성인

 가니메데는 과학자들에게

 또 다른 흥미로운 연구 대상이다.

2015년, NASA의 허블 우주망원경은 

가니메데의 지하에 염분이 있는 바다의 

존재를 보여주는 최고의 증거를 발견했다.

가니메데

©Getty Images

6년 후, 허블은 가니메데의 대기에서 

물 증기가 존재한다는 증거를 포착했는데,

 이는 위성의 얼음 표면에서 열적으로

 방출된 물 분자의 결과였다. 그러나

 과학자들을 더욱 매혹시키는 것은 

표면 아래에 있는 거대한 물의 존재다

가니메데

©Getty Images

가니메데는 지구의 모든 바다보다 더 많은

 물을 보유하고 있을 것으로 보이지만, 

표면 온도가 극도로 낮아 물이 얼음으로 변하며 

바다는 지각 약 160km 아래에 위치해 있다. 

가니메데의 내부 구조를 보여주는 단면도는

 이러한 과학적 가설을 시각적으로 설명한다.

화성

©Getty Images

오늘날 화성의 거의 모든 물은 

붉은 행성의 두 극, 즉 북극(사진)과 

남극을 덮고 있는 극지방 영구 

동토층 얼음으로 존재한다

화성

©Getty Images

2015년, NASA의 화성 정찰 궤도선(MRO)이

 헤일 크레이터의 경사면에서 발견한

 어둡고 좁은 줄무늬는 계절에 따라 흐르는

 물의 흔적으로 추정되었다. 이후 NASA는 

화성 표면에 실제로 액체 상태의 물이 

흐른다는 증거를 확인하며 큰 기대를 모았다.

화성

©Getty Images

화성의 산악 경사면에서 발견된 어두운

 줄무늬는 반복 경사선(RSL)이라 불린다. 

화성 정찰 궤도선(MRO)은 

소형 정찰 이미징 분광계를 사용해 

수화된 염류를 탐지했으며, 이로써 

이러한 줄무늬가 염분이 섞인 액체 물에

 의해 형성되었다는 가설을 입증했다.

화성

©Public Domain

궤도선의 추가 분석에서는

 화성 지표 아래에 있는 얼음 단면이

 노출된 가파른 경사면을 확인했으며,

 이는 색상을 보강한 후 밝은 파란색으로 나타났다.

 2005년에 발사된 이 우주선은 설계 수명을 훨씬 

초과한 지금도 여전히 화성에서 작동 중이다.

화성

©Public Domain

앞서 2004년, NASA의 화성 탐사 로버 오퍼튜니티는

 엔듀어런스 크레이터의 번즈 절벽(Burns Cliff) 

경사면에서 층상을 연구했다. 이곳에서는 

과거에 존재했던 고대 하천과 지하수가 확인되었으며,

 이는 한때 거대한 사구 위를 흐른 흔적으로 밝혀졌다.

화성

©Public Domain

또한 화성 남부 고지대에 있는 에리다니아 지역은 

과거에 모든 화성의 호수를 합친 것보다 더 큰

 내륙 바다를 품고 있었을 가능성이 제기되었다.

 에리다니아의 비교적 잘 보존된 해저 열수 퇴적물은 

약 38억 년 전 지구에서 발견된 초기 생명체 흔적과 

비슷한 환경에서 형성된 것으로 추정된다.

화성

©Getty Images

화성의 거대한 계곡인 마리너 계곡(Valles Marineris)은 

지구의 그랜드캐니언에 비유되지만, 그 길이는 

미국 전체의 폭과 맞먹는다. 2002년 12월 5일, 

콜로라도 대학과 NASA가 발표한 연구에 따르면,

 마리너 계곡과 같은 협곡은 화성 표면에 충돌한

 소행성이 지하의 얼음을 녹이며 발생한  단기적 

대재앙에 의해 형성되었을 가능성이 있다.

해왕성

©Getty Images

해왕성(사진)과 천왕성의 내부에는 

지구의 모든 해양에 존재하는 물의 

약 5만 배에 달하는 양의 물이 포함되어 있다. 

이들 행성은 우주의 대표적인 얼음 거성으로

 불리지만, 그 구성은 예상과는 다소 다르다.

해왕성

©NL Beeld

태양계에서 태양과 가장 먼 8번째 행성인 

해왕성은 천왕성보다 작지만 더 밀도가 높다. 

두 행성의 질량 대부분(80% 이상)은 뜨겁고

  밀도가 높은 물, 메탄, 암모니아로 이루어진

'얼음 물질'의 유체 상태로 구성되어 있다. 

천왕성의 4,828km 두께 대기 아래에도

 이와 유사한 유체층이 존재한다. 

해왕성

©Getty Images

해왕성은 뚜렷한 표면층이 없으며, 

가스는 점차 슬러시 상태의 얼음과 

물의 혼합물로 변한다. 두 행성 모두

 거대한 바다가 있을 가능성이 있다.

혜성

©NL Beeld

혜성에는 엄청난 양의 물이 있다. 당연한 일이다. 

이 작은 태양계 천체들은 본질적으로 얼어붙은 

가스, 암석, 먼지로 이루어진 우주 눈덩이니말이다.

 사진은 1997년 3월 28일 영국 스톤헨지의

 고대 석곽묘 상공에서 관측된

 헤일-밥(Hale-Bopp) 혜성이다.

혜성

©Getty Images

혜성이 긴 꼬리를 형성하는 이유는 표면의 

휘발성 물질이 녹고 증발하기 때문이다.

 이는 2014년 로제타 우주 탐사선이 

67P/추류모프-게라시멘코 혜성과 조우하며

 진행한 대담한 연구를 통해 밝혀졌다.

혜성

©NL Beeld

2004년에 발사된 로제타의 착륙선 필레(Philae)는

 혜성 표면에 착륙해 근거리 데이터를 수집했다. 

로제타는 혜성의 물 증기가 상당량의 포름알데히드와

 메탄올을 함유하고 있음을 확인했다.

카이퍼 벨트

©NL Beeld

해왕성의 궤도를 넘어, 명왕성과 대부분의 왜행성,

 그리고 일부 혜성들이 존재하는 영역에는 

카이퍼 벨트가 자리하고 있다. 이 평평한 고리는

 얼음으로 이루어진 작은 천체들로 구성되어 있으며,

 태양으로부터 너무 멀리 떨어져 있어 

기체조차 고체 상태로 존재할 정도로 

극한의 환경을 이룬다. 

어둡고 얼어붙은 이 경계는 우리 태양계에서

 가장 광대하고 신비로운 미지의 영역 중 하나다.

태양계 밖의 물

©Public Domain

2018년, NASA는 거대 외계행성

 WASP-39b의 대기에서 다량의 물을 확인했다. 

과학자들은 허블 및 스피처 우주망원경을 사용해 

지구에서 약 700광년 떨어진 WASP-39b 주위에서

 물의 "지문"을 찾아냈다. 참고로, 외계행성은

 태양계 외부에서 별 주위를 도는 행성을 말한다.

우주 구름, 우주운

©Getty Images

2022년에 이루어진 한 놀라운 발견은 

천체물리학자들과 천문학자들에게 

큰 충격과 기쁨을 안겨주었다. 

하와이와 캘리포니아에 위치한 두 개의

 망원경을 통해 과학자들은 우주에서 

발견된 가장 크고 가장 오래된 물 덩어리를

 확인했는데, 이는 지구의 모든 바다를 합친

 양보다 무려 140조 배나 많은 물을 

담고 있는 거대한 120억 년 된 구름이었다.

우주에 존재하는 물

©NL Beeld

이 물 분자 구름은 퀘이사라 불리는 

초대질량 블랙홀 주위를 둘러싸고

 있는 것으로 관측되었다. 연구진은

 이 물 구름의 존재가 우주의 거의 모든

역사 동안 물이 풍부하게 존재해왔다는

 사실을 보여준다고 밝혔다.

출처

 (The Planetary Society)

 (Nature)   (NASA Science)

 (Space.com)  (ESA/Hubble)