목성 위성 유로파의 얼음 지각은 최소 두께 20㎞ [아하! 우주]

태양계에는 행성 주위를 공전하는 수많은 위성이 있다. 이 가운데서 과학자들의 특별한 관심을 모으는 위성이 바로 목성의 위성인 유로파와 토성의 위성인 엔셀라두스다. 둘 다 두꺼운 얼음 지각 아래 생명체가 존재할지도 모르는 바다가 있기 때문이다. 특히 덩치가 더 큰 유로파에 많은 관심이 쏠리고 있다.

현재 유로파 생명체 탐사의 1차 목표는 유로파의 얼음 지각을 뚫고 분출하는 수증기와 얼음 입자에서 생명체의 흔적을 찾는 것이다. 올해 발사 예정인 미 항공우주국(NASA)의 유로파 탐사선인 유로파 클리퍼는 2030년에 유로파에 도달해 관련 정보를 수집할 계획이다.

하지만 유로파 클리퍼가 생명체 징후를 확인하는 것과 별개로 과학자들은 유로파의 얼음 지각을 뚫고 그 안의 바다를 탐사할 계획을 세우고 있다. 생명체의 증거를 발견하지 못한다면 결국 확인을 위해 그 안에 들어가 봐야 하고 만약에 생명체의 징후가 포착된다면 그 생명체의 정체를 확인하기 위해 들어가야 하기 때문이다.

여기서 곤란한 사실은 유로파의 얼음 지각이 매우 두껍다는 사실이다. 유로파의 표면 온도는 평균 영하 171도에 불과해 지구의 빙하와는 비교도 되지 않을 정도로 두꺼운 얼음 지각이 형성되어 있다. 그 두께는 적어도 수십km 이상으로 생각되나 정확한 두께는 아무도 모른다. 우선 두께라도 정확히 알아야 이를 뚫고 들어갈 탐사선을 개발할 수 있기 때문에 많은 과학자들이 이 질문에 대한 답을 구하기 위해 연구하고 있다.

퍼듀 대학 브랜든 존슨 교수와 연구 과학자인 시게루 와키타는 1998년 유로파를 자세히 탐사했던 갈릴레오 데이터를 다시 분석해 얼음 지각의 두께를 계산했다. 연구팀이 사용한 방법은 유로파 표면에 있는 대형 크레이터의 형태와 크기를 분석해서 시뮬레이션을 시행하는 것이다. 특히 얼음이 충격파에 의해 깨지면서 과녁처럼 여러 개의 동심원을 만든 구조에 주목했다.

연구팀의 시뮬레이션에 따르면 얼음 지각의 두께는 적어도 20km 이상으로 현재 기술 수준에서 쉽게 뚫고 들어갈 수 있는 수준이 아니다. 만약 내부에 바다에 탐사선을 보내고 싶다면 최소 20km 정도의 얼음을 녹이거나 뚫고 들어갈 방법을 먼저 생각해야 한다. 다만 유로파의 얼음 지각이 모든 곳에서 같은 두께인지, 그리고 최소 20km라면 최대는 얼마인지라는 질문이 여전히 남아 있다.

하지만 오래전 갈릴레오 탐사선이 지구에 보내온 저해상도 이미지로는 이 질문에 대한 답을 찾기 어렵다. 과학자들은 2030년 유로파를 탐사할 유로파 클리퍼에 큰 기대를 걸고 있다. 유로파 클리퍼는 유로파 표면을 스치듯 지나가면서 매우 자세한 정보를 수집해 지구로 전송할 예정이다. 계획대로 된다면 과학자들은 유로파의 얼음 지각의 두께와 구조에 대해 더 정확히 알 수 있을 것이다. 그리고 유로파의 얼음을 뚫기 위한 탐사선의 최소 요구 조건도 확인할 수 있을 것으로 기대된다.

추가로 연구팀은 유로파의 얼음 지각의 나이도 확인했다. 연구팀의 분석에 따르면 유로파의 크레이터는 아무리 오래된 것이라도 5000만 년에서 1억 년 사이에 형성된 것이다. 얼음 지각의 나이 역시 그 정도라는 이야기다.

1억 년은 인간의 관점에서는 영겁의 세월이지만, 우주의 관점에서 보면 사실 매우 최근의 일이다. 화성이나 달 표면에는 수십 억 년 이전 크레이터도 잘 보존된 것과 비교하면 유로파의 얼음 지각이 그냥 꽁꽁 얼어 있는 것이 아니라 끊임없이 새롭게 바뀌고 있다는 이야기다. 연구팀의 모델에서는 얼음 지각의 대류가 서서히 일어나고 있으며 이로 인해 표면의 얼음 지각이 계속해서 변하는 것으로 나타났다.

유로파 클리퍼의 탐사가 본격적으로 시작되면 생명체의 수수께끼를 간직한 유로파의 비밀이 하나씩 드러날 것으로 기대된다. 그리고 언젠가 이 정보를 바탕으로 얼음 지각 아래의 바다를 탐사하는 일에 도전할 것이다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com