2014년 허블우주망원경이 촬영한 유로파의 모습이다. 7시 방향에 희미하게 촬영된 뾰족한 형태가 플룸으로 추정됐다. 하지만 해상도가 낮아 정확하게 밝혀진 상태는 아니다. 최근 2년 사이에 미국과 독일 연구팀은 과거 유로파를 근접조우했던 갈릴레오 탐사선의 자료를 재분석해 이곳에 플룸이 존재한다는 증거를 발견했다. NASA/ESA 제공
목성의 4대 위성 중 하나인 ‘유로파’ 표면에 거대한 ‘우주 분수’가 존재할 가능성이 한층 높아졌다.
노르베르트 크룹 독일 막스플랑크 태양계연구소 연구원팀은 유로파의 표면 대기 입자를 관측한 데이터를 분석한 결과 일부 지역에서 지표면의 균열에 의해 내부의 물이 분수처럼 뿜어져 나오는 ‘플룸’ 현상이 존재할 가능성이 높다고 12일(현지시간) 밝혔다. 연구 결과는 천체물리 분야 국제학술지 ‘지구물리연구레터스’ 28일자에 발표될 예정이다.
유로파는 지구보다 많은 물이 얼음과 액체 상태로 존재하고 있을 것으로 추정되는 위성이다. 두꺼운 얼음지각이 표면에 있고 수 km 밑 지하에 넓은 바다가 존재할 것으로 추정된다.
2012년 말, 허블우주망원경은 이 위성 극지방의 오로라를 관측하다 산소와 수소 입자가 빠르게 움직인 흔적을 발견했다. 당시 미국항공우주국(NASA) 연구팀은 목성의 강한 자기장 때문에 전기적 성질을 띤 입자들이 빠르게 움직이며 오로라를 형성하던 중 입자가 물 분자와 충돌해 산소와 수소 이온을 형성했기 때문이라고 분석했다. 연구팀은 이 물 분자가 유로파의 내부에서 뿜어져나온 것이라고 보고 유로파가 물을 뿜는다고 주장했다.
이후 허블우주망원경은 2014년에도 플룸으로 추정되는 희미한 그림자를 촬영해 2016년 공개했다(위 사진). 2018년에는 미국 연구팀이 1995~2003년 목성 주변을 탐사하다 2000년 유로파 근처를 지나간 유럽의 목성 탐사선 ‘갈릴레오’가 자기장 관측기를 이용해 400km 상공에서 측정한 데이터를 분석해 이 지역에 갑작스러운 자기장 변화가 존재한다는 사실을 밝혀 '네이처 천문학'에 발표했다. 연구팀은 이것이 플룸의 간접 증거라고 주장했다.
크룹 연구원팀은 다시 2년 만에 간접 증거를 추가했다. 연구팀은 갈리레오의 입자 관측기인 고에너지입자검출기(EPD) 자료를 재분석하다 플룸이 아니면 설명할 수 없는 관측 결과를 발견했다. 위성 주변 공간의 고에너지 양성자 수를 분석했는데, 기존 예측보다 지나치게 적다는 사실을 발견했다. 목성은 지구보다 20배 강한 자기장을 지니고 있어 양성자가 마치 빨랫줄에 걸린 빨래처럼 자기장에 갇혀 있어야 한다. 하지만 실제로는 빨랫줄에 빨래가 없어 텅 비어 있는 셈이다.
유로파의 표면에 존재할 것으로 추정되는 바다의 형태를 추정한 두 가지 가설 그림이다. 어느 쪽이든 표면에 두꺼운 얼음층이 존재하고 내부에 바다가 있을 가능성이 높다고 추정된다. 플룸은 얼음 표면의 균열 때문에 내부의 물이 나오는 현상으로 추정된다. NASA/ESA 제공
연구팀은 여러 조건을 계산한 끝에, 고에너지 양성자가 물 분자와 충돌한 뒤 전자를 얻어 전기적으로 중성인 수소 원자가 됐고, 이 때문에 자기장이라는 ‘족쇄’에서 벗어나 원자가 외부로 날아갔다고 해석했다. 빨래에서 빨래집게가 사라져 바람에 날아간 것과 같다. 연구팀은 이 역할을 이끈 물 분자가 유로파 내부에서 뿜어져 나왔을 것으로 추정됐다.
연구팀은 “플룸이 존재한다는 것은 얼음으로 된 유로파 표면에 균열이 있다는 뜻”이라며 “미래에 이곳을 통해 지하에 존재할 바다를 직접 탐사할 수 있을 것”이라고 주장했다.
연구를 주도한 연구자들은 유럽우주국(ESA)가 2022년 발사를 목표로 준비중인 ‘목성 얼음위성 탐사(JUICE, 주스)’ 임무에 참여하고 있다.
심채경 경희대 우주과학과 학술연구교수는 “플룸의 존재는 유로파 지각 아래에 바다가 있음을 시사하고 이는 생명체가 존재할 가능성과 연결된다”며 “현재는 관련 증거를 쌓아가는 단계”라고 말했다.
태양계에서 플룸이 존재하는 위성은 유로파가 처음이 아니다. 토성의 위성 엔셀라두스는 남극 지역에서 높이 수백km의 거대한 물 및 얼음 기둥을 내뿜는 모습이 직접 관측돼 있다. 최근에는 분출되는 물의 성분까지 분석돼 유기물이 함유돼 있다는 사실이 밝혀지기도 했다.
