차가운 표면 아래 뜨거운 속살? 목성의 화산 위성 이오의 비밀 [우주를 보다]

태양계 8개 행성은 수성과 금성을 제외하고 여러 위성을 거느리고 있다. 특히 목성은 미니 태양계라고 부를 만큼 큰 위성 네 개를 거느리고 있는데, 태양계의 내행성 (수성, 금성, 지구, 화성) 만큼 저마다 독특한 개성과 특징을 지니고 있다. 이 가운데서 과학자들의 관심을 집중시키는 천체는 두 번째 위성인 유로파다. 내부에 액체 상태의 바다가 있는 것으로 추정되기 때문이다. 여기에는 생명체가 존재할지도 모르기 때문에 현재 주요 관측 목표가 되고 있다.

하지만 생명체 가능성이 거의 없는 가장 안쪽 위성인 ‘이오’ 역시 독특함으로 치면 유로파에 뒤지지 않는다. 이오의 특징은 바로 태양계에서 보기 드문 활화산 위성이라는 점이다. 이오는 목성의 강한 중력과 다른 위성의 간섭으로 인해 내부가 잡아당겨졌다가 다시 팽창하는 조석 마찰 현상을 겪는다. 이 마찰열로 인해 내부의 암석이 녹고 화산이 분출하는 것이다.

미 항공우주국(NASA)의 목성 탐사 우주선인 주노는 목성 궤도 안쪽으로 이동하면서 2023년 12월 30일과 2024년 2월 3일 근접 비행에서 이오에 표면 약 1500㎞ 거리까지 접근해 관측을 진행했다. 미국 사우스웨스트 연구소의 주노 탐사선 책임 연구원인 스콧 볼턴과 동료들은 이 데이터를 분석해 이오 표면 아래 지열을 상세히 분석했다.

주노 탐사선의 주요 장비 중 하나인 마이크로파 복사계(MWR)는 본래 목성의 두꺼운 구름층을 뚫고 내부를 관측하는 목적으로 개발된 장비다. 적외선보다 긴 파장의 마이크로파는 물체를 더 깊이 투과할 수 있기 때문이다. 이후 과학자들은 이 장비를 유로파의 두꺼운 얼음 지각을 뚫고 관측하는 데 활용했다.

이오 표면은 암석이기 때문에 목성의 구름층이나 유로파의 얼음층처럼 깊이 투과할 순 없지만, 그럼에도 연구팀은 10m 깊이까지 내부 지열의 분포를 확인하는 데 성공했다. 그 결과 이오의 표면과 방출 에너지에 대한 중요한 정보를 확인할 수 있었다.





목성 궤도는 태양에서 멀기 때문에 매우 춥고 어두운 환경이다. 예를 들어 이웃 위성인 유로파 표면은 평균 영하 170도 미만으로 낮다. 이오 역시 표면은 차갑지만, 이번 관측에서 확인된 지열은 생각보다 높았다. 연구팀에 따르면 불과 1m 아래로만 들어가도 온도는 4도로 상승했다. 이는 지표 아래에서 분출하는 에너지의 양이 매우 많다는 의미다.

이렇게 온도가 높은 이유에 대해 연구팀은 이오 지각이 열전도율이 높은 물질로 구성되어 있거나 혹은 표면에 식어가는 용암류에 의한 열에너지일 가능성을 제기했다. 어느 쪽이든 이오 표면에서 나오는 열은 ㎡당 1~3와트로 지구 평균의 30배에 달했다.

이번 연구에서 밝혀진 또 다른 중요한 사실은 이오 표면이 매우 매끄럽고 균일하다는 것이다. 거대한 화산이 분출하는 환경을 생각하면 의외이지만, 이런 화산을 제외하면 용암으로 인해 표면 지형이 매우 균일하게 형성되어 마치 북미의 대평원 같은 지역이 많았다. 그리고 표면 물질의 밀도는 매우 낮아 단단한 암석보다 부석이나 솜털 같은 화산재에 더 가까운 구성을 지니고 있었다.

이번 연구는 생명체를 숨기고 있을지도 모르는 목성의 위성 유로파와 토성의 위성 엔셀라두스, 두꺼운 대기와 호수를 지닌 토성의 위성 타이탄처럼 이오 역시 흥미로운 비밀을 많이 간직한 위성이라는 사실을 보여준다. 주노가 거둔 과학적 성과는 2030년대 목성권을 탐사할 차세대 탐사선들에 의해 이어질 것이다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com