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[아하! 우주] 왜소행성 세레스의 우뚝 선 ‘얼음 화산’ 비밀

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▲ 세레스의 아후나 몬스를 측면에서 바라본 모습을 컴퓨터 그래픽으로 재현한 그래픽. 앞에 보이는 것은 별도의 크레이터. /Dawn Science Team and NASA/JPL-Caltech/GSFC



세레스는 지름 950km 정도의 비교적 작은 천체지만, 소행성대에서는 가장 큰 천체이며 생각보다 복잡한 지형을 가지고 있다. 과학자들은 던 탐사선이 세레스에 도달하기 전에도 망원경으로 세레스가 단순하지 않은 지형을 가지고 있다는 사실을 알았지만, 던 탐사선이 보내온 관측 데이터 덕분에 세레스의 복잡한 지형을 구체적으로 파악할 수 있게 되었다.

미국 애리조나 주립대학의 데이비드 윌리엄 교수와 동료들은 미 항공우주국(NASA)의 던 탐사선 관측 결과를 이용해서 세레스에 있는 대형 화산인 아후나 몬스(Ahuna Mons)의 지형을 입체적으로 파악하고 그 생성 원인을 밝혔다. 아후나 몬스는 너비가 18km, 높이가 4km에 달하는 화산으로 세레스의 작은 크기를 생각하면 상당히 거대한 화산이다. 그런데 이 화산은 지구와는 달리 얼음과 여러 가지 암석 성분이 섞여 있는 얼음 화산(cryovolcanism) 이다.

소행성대보다 더 먼 거리에 있는 태양계 천체 가운데는 이런 얼음화산이 흔한데, 이 중에서 세레스의 아후나 몬스는 던 탐사선 덕분에 가장 자세히 관측된 얼음화산이다. 얼음 화산은 얼음이 단단하게 굳어 영구적인 얼음으로 존재하는 추운 천체에서 생성된다. 이런 위성이나 소행성 내부에서는 내부의 열 때문에 액체 상태의 물이 존재할 수 있으며, 용암이 대지를 뚫고 나오듯이 표면으로 솟아오른 다음 낮은 기온 때문에 얼어붙게 된다. 참고로 세레스의 평균 온도는 영하 40도 수준이다. 이런 일이 반복적으로 일어나면 높은 얼음화산이 생성된다.

▲ 던 탐사선이 촬영한 아후나 몬스의 지형. 화살표는 산에 있는 균열과 흘러내린 물질. / Dawn Science Team and NASA/JPL-Caltech/GSFC



아후나 몬스 역시 여러 차례의 염분과 진흙이 풍부한 물이 분출해 점차 높아진 얼음화산인데, 지구의 화산과 비슷하면서도 다른 특징을 가지고 있다. 세레스에는 지구와 달리 산을 침식시키는 바람과 비, 그리고 식물의 활동이 없다. 따라서 비교적 높은 얼음화산이 생성될 수 있는 것인데, 그렇다고 해서 산이 침식되는 현상이 없는 것은 아니다.

낮과 밤의 기온 차이로 인해 얼음이 수축과 팽창을 반복하면서 균열이 생기기 때문이다. 이 균열 때문에 얼음 화산의 일부가 무너지기도 하고 다시 균열을 따라 물이 분출되면서 지형을 형성하는 것으로 보인다. 이런 형태의 얼음화산은 지구에서는 볼 수 없는 독특한 지형이다. 동시에 순수한 물이 아니라 진흙과 염분이 풍부한 물 덕분에 이런 성분이 많이 포함된 독특한 얼음 화산이기도 하다.

얼음화산의 존재는 세레스의 일부 지각에 액체 상태의 물이 존재할 만큼의 열이 있다는 것을 의미한다. 동시에 이런 화산이 세레스 전체가 아니라 일부에서만 발견된다는 것은 세레스의 지각 내부가 균일하지 않다는 것을 의미한다. 앞서 발견된 독특한 흰색 지형 역시 같은 의미로 해석할 수 있다. 세레스의 지각은 물과 암석, 그리고 다양한 미네랄이 섞여 있으며 그 구성비가 지역마다 달라 세레스 같은 작은 천체에 복잡한 지형을 만드는 것으로 보인다. 연구팀은 세레스의 지각의 30-40% 정도가 얼음이고 나머지는 규산염 암석 및 염분으로 구성된 것으로 파악하고 있다.



던 탐사선은 아직도 세레스 주변에서 탐사를 계속하고 있다. 앞으로 더 많은 연구를 통해 세레스의 비밀이 하나씩 드러날 것으로 보인다.

고든 정 통신원 jjy0501@naver.com 

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