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금성이 한때 이산화탄소로 출렁이는 기묘한 바다를 가지고 있었을지도 모르며, 이 바다는 금성 지표의 형성에 영향을 미쳤을 것이라는 과학자들의 연구결과가 우주전문 사이트 스페이스닷컴에 29일(현지시간) 보도됐다.
금성은 흔히 지구의 쌍둥이 행성으로 불리는데, 크기와 질량, 화학적 조성이 비슷하기 때문이다. 뿐만 아니라, 태양계 행성들 중 지구와 가장 가까운 행성이기도 하다. 가장 가까울 때에는 약 4140만km까지 접근한다.
그런데, 지구는 이처럼 수많은 생물들이 번성하고 있는데, 금성은 어째서 아메바 한 마리도 살 수 없는 지옥 같은 행성이 되었을까? 무엇이 이 둘의 운명을 이렇게 갈랐을까 하는 것은 과학계의 오래된 화두였다.
금성의 표면은 황산으로 이루어진 짙은 구름으로 덮여 있기 때문에, 아주 뜨겁고 건조하다. 금성 표면 온도가 500도에 달한다는 것을 최초로 밝혀낸 사람은 '코스모스'의 저자 칼 세이건이었다.
이런 높은 온도에서는 납도 녹기 때문에 모든 액체는 끓어서 날아가버린다. 게다가 황산으로 이루어진 구름에서 때때로 황산비가 내린다. 그래서 태양계에서 가장 지옥에 닮은 곳이 있다면 금성일 거라고 천문학자들은 입을 모은다.
그러나 금성이 지금은 생지옥에 방불하지만, 한때는 지구처럼 바다가 있었을 거라고 과학자들은 생각하고 있다. 금성에 관한 이전의 연구는 초기 금성의 대기에는 충분한 수분이 있어서, 그것이 비로 내렸다면 금성 표면을 깊이 25m의 물로 뒤덮었을 거라고 추정하고 있다. 그러나 행성 자체의 온도가 너무나 높았기 때문에 그러한 물을 유지할 수가 없어, 모두 증발해 우주공간으로 날아가버렸을 거라고 보고 있다.
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▲ 금성 탐사선 마젤란. 1994년 임무 종료.
그러한 물의 바다 대신 금성은 액체 이산화탄소로 된 기묘한 바다를 가지고 있었을 거라고 과학자들은 생각하고 있다. 이산화탄소는 금성에서 가장 흔한 물질의 하나이다.
"현재 금성의 대기는 거의 이산화탄소로 96.5%를 차지한다"고 논문 주저자인 디마 볼마토프 코넬 대학 이론 물리학자가 설명한다. 열을 잡아가두는 대표적인 온실가스로 지구 온난화의 주범으로 꼽히는 이산화탄소는 동물들의 호흡이나 화석연료의 연소에서 생성되는 것으로 식물의 광합성에 사용되는 기체다.
이산화탄소는 액체와 기체, 고체로 존재할 수 있으며, 적정한 온도와 압력 하에서는 빠르게 임계치에 달해 초임계 상태로 넘어갈 수 있다. 그러면 액체와 기체의 특성을 공유하게 되는데, 일례로 물질을 녹이는 액체가 되는가 하면 기체처럼 행동하기도 한다.
볼마토프와 그 공동 연구자들은 금성에서 이 초임계 상태의 이산화탄소가 어떤 역할을 하는지 알아보기 위해 특수한 초임계 물질에 대한 연구를 진행했다.
일반적으로 과학자들은 초임계 상태 물질의 물리적 특성은 온도와 압력에 따라 서서히 변해가는 것으로 생각해왔다. 그러나 연구진이 컴퓨터 시뮬레이션으로 분자 활동을 조사한 결과, 초임계 물질이 대단히 극적으로 기체와 액체 상태를 오가는 것으로 나타났다.
금성은 태양계의 행성 중에서 가장 두꺼운 대기를 가지고 있어 지구 대기압의 90배에 이른다. 만약 사람이 금성 표면에 내린다면 그 즉시로 납짝하게 짜부러지고 말 것이다. 그러나 초기에는 금성 기압이 지구의 몇십 배 정도였다. 이러한 상태가 적어도 1억에서 2억 년 가량 지속되었다.
그 같은 조건에서 초임계 이산화탄소는 액체같이 행동해서 금성 표면을 뒤덮었을 거라고 볼마토프는 설명한다. "금성 표면의 협곡이나 하상처럼 보이는 지형적 특성이 이 같은 이론을 뒷받침하는데 액체 이산화탄소가 휩쓸고 지나가면서 이런 지형들을 만들어낸 것으로 본다"고 볼마토프는 스페이스닷컴과의 인터뷰에서 밝혔다.
연구진은 초임계 이산화탄소가 기체에서 액체로 급속한 위상 변화를 일으키는 메커니즘을 밝혀내는 것을 당면목표로 삼고 있다. 이들의 연구 내용은 8월 21일자 '물리화학 레터 저널' 지에 소개되어 있다.
사진=첫번째 사진은 NASA의 금성 탐사선 마젤란 호가 금성의 두터운 구름층을 헤치고 찍은 금성의 북반구 모습이다. 과학자들은 금성이 원시 행성이었을 초기에 이산화탄소로 이루어진 바다를 가지고 있었을지도 모른다고 생각하고 있다. 두번째 사진은 금성 탐사선 마젤란. 1994년 임무 종료됐다.
이광식 통신원 joand999@naver.com
