[아하! 우주] 지구 질소는 혜성에서 온 것이 아니다?

지구 대기의 78%를 차지하고 있는 질소는 생태계를 안정적으로 유지하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 만약 산소가 지구 대기의 99%라면 작은 불씨에도 주변 물질이 모두 타버릴 것이다. 그러나 지구 대기의 대부분이 안정적인 기체인 질소로 이뤄졌기에 연소는 서서히 일어난다. 이는 지구에 사는 모든 생명체에게 매우 다행한 일이다.

과학자들은 질소의 존재가 나머지 기체의 대부분을 차지하는 산소와 더불어 지구 생태계에 매우 중요한 역할을 했다는 것을 알고 있다. 하지만 어떻게 지구가 질소가 풍부한 대기를 가졌는지는 미스터리로 남아있다. 예를 들어 우리의 이웃 행성인 금성과 화성은 대기 대부분이 이산화탄소이다.

지구 대기 중 질소의 기원을 설명하는 가설은 크게 두 가지다. 첫 번째 가설은 우주에서 이 기체가 날아왔다는 것이다. 혜성은 얼음뿐 아니라 질소 역시 가지고 있었고, 태양계 초기에는 많은 혜성이 지구에 충돌하는 일이 빈번했다. 따라서 지구의 물과 마찬가지로 질소 역시 혜성에서 기원했다는 가설이 있다. 두 번째 가설은 지각 내부에 있는 질소가 화산 활동 등 지질활동을 통해서 빠져 나왔다는 것이다.

유럽우주기구(ESA)의 혜성 탐사선 로제타호는 혜성 ‘67P/추류모프-게라시멘코’(67P/Churyumov-Gerasimenko·이하 67P) 주변을 공전하면서 여러 가지 과학적 자료를 수집하고 있다. 과학자들은 이 자료를 통해서 지구의 바다가 혜성에서 나온 물로 형성된 것이 아닐 가능성을 발견했다. 그리고 이번에는 질소 역시 혜성에서 온 것이 아닐 가능성을 발견했다.

스위스 베른 대학의 마틴 루빈(Martin Rubin)과 그의 동료들은 로제타의 관측 기기인 로시나(Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis instrument, ROSINA)의 관측 자료를 토대로 이와 같은 가설을 주장했다. 이들이 주목한 것은 혜성에서 나오는 질소의 양과 동위원소 비율이었다.

혜성이 얼마나 많은 질소를 지니고 있는지는 이제까지 상세하게 관측된 바가 없다. 따라서 과학자들은 로제타의 관측 결과에 큰 기대를 걸고 있었다. 그리고 로제타는 2014년 10월 17일에서 23일 사이 마침내 질소의 존재를 찾아내는 데 성공했다. 그러나 그 양은 태양계를 만든 원시 성운에 포함되었다고 생각되는 양의 25분의 1에 불과했다. 지구 질소의 양을 설명하기에는 턱없이 모자라는 양이었다. N14/N15 동위원소 비교 결과 역시 혜성이 지구 질소의 기원이 아니라는 쪽을 지지했다.

과학자들은 일산화탄소(CO)와 질소의 비율을 비교해서 아마도 67P 혜성이 생성된 환경이 질소가 포획되기 어려운 -220°C에서 -250°C 정도의 극저온 환경이었을 것으로 추정했다. 아마도 이 혜성은 이전에 생각했던 것처럼 해왕성 궤도 밖의 천체의 모임인 카이퍼 벨트에서 생성된 것으로 보인다. 아무튼, 67P 혜성과 같은 그룹의 혜성이 지구 질소의 기원일 가능성은 낮아졌다.

다만 67P 혜성 하나의 자료만을 가지고 최종 결론을 내리기에는 성급할 수 있다. 유럽 우주국의과학자들은 아직 풀리지 않은 미스터리들이 남아있다고 지적했다. 앞으로도 지구 질소의 기원을 찾기 위한 연구는 계속될 것이다.

고든 정 통신원 jjy0501@naver.com