천왕성 위성에 지하바다 가능성

[노을]

천왕성의 위성들이 지하에 출렁이는 바다를 갖고 있다면 어떨까? 과학자들은 그럴 가능성이 상당히 높을 것으로 생각하고 있다. 목성의 달인 유로파에서 토성의 달인 엔셀라두스에 이르기까지, 위성들이 지표 아래 숨기고 있는 태양계 지하 바다의 존재는 이미 널리 알려져 있다. 이제 연구자들은 천왕성을 공전하는 위성들 역시 지하 바다를 갖고 있을 가능성에 대해 눈길을 돌리고 있다.

미국 매사추세츠 공과대학(MIT)의 행성 과학자 벤자민 바이스가 이끄는 연구팀은 지난 12월 15일 2020 AGU 가을 회의에서 연구결과를 발표했다. 이들은 미래의 우주탐사를 통해 천왕성 위성들에 적용할 수 있는 지하 바다 확인 방법을 개발했다. 연구팀이 이 같은 작업을 추진한 것은 잠재적으로 거주 가능한 세계에 대한 우리의 이해와 지식을 더욱 발전시키기 위한 것이라고 밝혔다.

이어 현재 가장 큰 화두는 태양계에서 거주 가능한 환경이 어디에 있는가를 찾아내는 것이라고 전제한 뒤, 유로파와 엔셀라두스에서 지하 바다를 발견하는 것은 그 바깥쪽으로도 비록 작지만 따뜻한 위성들이 많지 않을까 하는 궁금증을 유발시켰다고 덧붙였다.

천왕성은 모두27개의 위성을 거느리고 있지만, 그중에서 특히 큰 것은 티타니아, 오베론, 움브리엘, 아리엘, 미란다 등 5개 위성이다. 1986년 보이저 2호가 천왕성을 스쳐 지날 때 이들 다섯 위성이 모두 바위와 얼음으로 구성되어 있으며 커다란 크레이터들이 산재해 있는 풍경을 전송해주었다.

또한 이 이미지는 위성들의 표면에 분출된 얼어붙는 액체 물이 존재한다는 물리적 신호를 보여주었다. 이 같은 현상은 엔셀라두스에서 볼 수 있는 것처럼 지하 바다로 인해 발생한 것일 수도 있다. 천왕성의 위성들에 지하 바다를 발견할 수 있는 여부를 결정하기 위해 연구자들은 천왕성이 그 지하 바다에 얼마나 강한 자기장을 유도하는지를 계산해냈다.

위성이 모행성을 공전할 때, 행성의 자기장은 위성을 잡아당겨 궤도를 유지하게 한다. 이 자기장의 잡아당김은 유도 자기장이라고 하는 자체 자기장을 생성할 수 있는 전류를 일으킨다. 이러한 유도 자기장은 지하 바다와 같은 일종의 전도성 유체층에 의해 생성되는 것으로 보고 있다.

보이저 2호가 찍은 천왕성 위성 티타니아. 천왕성의 위성 가운데 가장 먼저 발견되었으며, 달의 절반 정도 크기로 천왕성의 위성 중 제일 크다. 중앙 부분에 길이가 1,600km정도 되는 커다란 단층계곡과 크레이터들이 많이 분포 되어 있다.

바이스는 천왕성의 위성에 대해 거기에 만약 지구에 바닷물처럼 약간 짠맛이 나는 액체 물이 있다면 전류가 흐를 수 있다고 설명하면서 만약 이들 위성 중 하나에 유도된 자기장이 있다면 그것은 천왕성의 자기장과 매우 다르므로 탐사선의 장비로 충분히 관측할 수 있을 것이라고 덧붙였다. 1998년 과학자들은 이 기술을 사용하여 유로파의 지하 바다와 목성의 위성 칼리스토의 지하 바다를 확인했다.

바이스와 그의 연구팀은 탐사선을 보내는 대신 천왕성 자기장의 이론적 모델을 사용하여 5대 위성의 가능한 유도 자기장을 계산한 결과, 미란다의 유도 자기장이 가장 강한 것으로 결정되었다. 이것이 바다의 존재를 확정하는 것은 아니지만, 미란다와 아리엘, 움브리엘, 티타니아는 기존 탐사선 기기로 탐지할 수 있을 만큼 강한 자기장을 유도했을 가능성이 있다고 바이스는 성명에서 밝혔다.

이로써 천왕성의 위성에도 지하 바다가 존재할 가능성이 높아졌지만, 이 위성들이 목성이나 토성보다 태양으로부터 더 멀리 떨어져 있는 만큼 낮은 온도로 인해 지하바다가 더 두꺼운 얼음 지각 아래 존재할 가능성이 점쳐지고 있다. NASA는 트라이던트(Trident) 해왕성 탐사를 검토하고 있는데, 내년에 결론을 내릴 예정이다.