목성 위성에서 수증기 직접 관찰했다

미 항공우주국 나사(NSA) 고다드우주비행센터 국제 연구팀이 하와이에 위치한 세계 최대 망원경 중 하나로 목성 제2위성인 유로파 표면에서 처음으로 수증기, 물분자를 직접 관측했다.

유로파는 표면이 군데군데 갈라진 얼음으로 형성되어 산소를 주성분으로 하는 대기로 덮여 있는 것으로 알려져 있다. 이번 수증기 확인은 때론 표면에 간헐천처럼 분출하는 액체 물층이 얼음 표면 아래에 존재하고 있다는 증거다. 연구팀은 유로파 내부가 액체 바다로 채워져 있다고 생각하고 있다. 물론 간헐천의 바탕이 되는 건 표면 바로 아래 얼음이 녹은 웅덩이가 존재했을 가능성도 생각해볼 수 있다.

연구팀은 아직 액체 상태 물을 직접 검출한 건 아니지만 이에 버금가는 가장 좋은 것, 수증기를 발견했다고 밝혔다. 연구팀이 자연천문학회지(Nature Astronomy)에 발표한 보고에 따르면 올림픽 규격 수영장을 몇 분 안에 채울 양, 2.46t/sec에 해당하는 수증기를 발견했다고 한다.

연구팀은 망원경을 이용해 행성 대기 화학 성분을 측정하기 위해 2016∼2017년 사이 17차례 관측을 실시했다. 이를 통해 1회 수증기에 대한 뚜렷한 징후를 감지한 것. 물 분자가 태양 복사와 상호 작용할 때 방출하는 특정 주파수의 적외선을 확인한 것이다.

이 수증기 직접 관측까지 유로파에선 몇 가지 발견이 있었다. 나사의 갈릴레오 탐사선이 1995∼2003년까지 목성을 탐사할 당시 유로파에 접근하면서 목성 자기장의 섭동적 변화를 감지했다. 또 2018년에는 연구팀이 이를 자세하게 분석한 결과 간헐천 존재가 떠오르게 됐다. 란편 2013년 허블우주망원경으로 유로파 대기에서 수소와 산소 그러니까 물 성분이 검출되기도 했다. 이후 다시 허블우주망원경으로 목성 표면을 촬영했을 때 실루엣에서 돌기 모양을 한 뭔가가 비치고 이를 간헐천으로 여겼다.

이번 수증기 직접 관측은 지구 대기에 포함된 수증기와 유로파 대기 중 수증기를 구분해 관측하는 복잡한 컴퓨터 계산 모델로 실현한 것이다. 하지만 결국 관측 정보를 확인하려면 탐사선을 직접 보내 현상을 관찰해야 한다. 연구팀은 이를 오래 기다릴 필요는 없을 것으로 보인다. 2022∼2025년 발사 예정인 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 미션을 통해 유로파 대기에서 표면, 내부 해저 그리고 작은 증기 분출구에 대한 추가 조사를 실시할 예정이기 때문이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.