제임스웹우주망원경 성과 보고 프로그램에서 논문 2개가 발표됐다. 둘다 목성 위성 관측 결과로 하나는 가니메데, 다른 하나는 이오에 관한 것이다.
가니메데 관측 결과는 미국 코넬대 연구팀에 의한 것으로 사이언스 어드밴스드에 게재됐다. 가니메데 대기로부터 과산화수소를 처음으로 검지한 걸 보고한 것. 또 하나는 JGR(JGR:Planets)에 게재된 논문으로 이오에서 일산화황 발생 메커니즘에 육박하는 관측 결과가 보고되고 있다.
두 연구 모두 2021년말 발사된 제임스웹우주망원경에 의해 실현된 것이다. 또 둘다 목성이 위성에 미치는 강력한 힘과 관련한 내용이다. 연구팀은 이번 발표가 제임스웹우주망원경에 의해 태양계 천체에 대해 훌륭한 과학 성과를 실천할 수 있다는 걸 보여준다며 목성처럼 밝은 천체에 대해서도 목성 옆 희미한 별에 대해서도 가능하다는 것.
가니메데 관측에서 연구팀은 제임스웹우주망원경 근적외선 분광기 NIRSpec를 이용해 가니메데 극지방에서 빛이 과산화수소에 흡수되는 모습을 관측했다. 과산화수소는 지구상에선 살균이나 표백에 사용되고 있지만 가니메데 상에도 존재하는 것. 논문에 따르면 가니메데 과산화수소 유래는 목성과 가니메데 주변 하전입자와 가니메데를 덮는 얼음 사이 상호 작용에 의한 것이다.
연구팀은 가니메데 과산화수소 생성 배경에는 방사성 분해가 있다고 말한다. 태양으로부터의 하전입자가 지구 자장에 의해 고위도로 유도되어 오로라가 되도록 가니메데 자장도 목성 자기권으로부터 오는 입자에 대해서 같은 걸 하고 있다. 이런 입자는 가니메데에선 오로라가 될 뿐 아니라 얼음 표면에도 영향을 주고 있다는 설명이다.
과산화수소는 지금가지 목성에 있는 또 다른 위성은 유로파에서도 표면 대부분에서 감지되고 있다. 이는 고속 입자로부터 표면을 보호하는 자장이 유로파에는 없는 것도 이유 중 하나다.
또 다른 논문에선 이오 여러 화산 활동을 자세하게 보고하고 있다. 화구에서 밝은 빛이나 용암류에서 밝은 분화 등이 관측됐다. 이오에는 태양계 위성에선 유일하게 화산 활동이 존재하며 이 화산 활동은 목성의 강한 중력으로 일어나는 조수 가열이라는 현상으로 일어나고 있다. 중요한 건 연구팀이 이 분화를 일산화황과 관련시킨 것이다.
이런 배출, 방사가 활화산 위에서 확인된 건 이게 처음이며 이런 배출은 분화구를 나온 직후 일산화황 분자에 의한 걸 시사하고 있다고 밝히고 있다. 이 관측은 2022년 11월 15일 이오가 목성 그림자에 있을 때 이뤄졌기 때문에 목성으로부터의 빛으로이오가 발하는 빛이 희미하게 먼저 검출할 수 있었던 것이다.
이오 대기 대부분은 이산화황 얼음이 녹아 기체화한 것으로 이뤄져 있다. 화산에선 일산화황도 분출되고 있지만 일산화황 검출은 보통이라면 어렵다. 그렇지만 이오가 목성 그림자에 들어가면 대기가 얼어 일산화황과 새롭게 분출하는 화상 이산화황만이 대기 중에 남는다. 이 때 일산화황 빛으로 관측이 가능해졌다.
연구팀은 20년 전에 이오를 관측했을 때 전체에 얇은 일산화황을 검지했지만 이를 화산 활동과는 결부시키지 않았다. 이 일산화황 출처를 먼지는 배출하지 않고 가스만 발하는 화산에 요구하고 있다. 당시 일산화황을 검지할 수 있는 건 고온 분화구 뿐이며 또 얇은 대기 속에서 특정 파장 빛을 발할 수 있는 정도로 길게 존재할 수 있는 게 아닐까 시사하고 있다.
일산화황과 화산이 결합한 것으로 2002년 세운 가설과 함께 일산화황 발생을 검지할 수 있는 근거에 대한 설명이 된다고 한다. 이 일산화황 발생에 대해 가능한 유일한 설명은 일산화황이 분화구에서 1,500켈빈 정도이며 이 상태에서 분출해 광자를 몇 초 안에 잃어가는 걸 보여준다. 따라서 이번 관측에선 일산화황이 보이는 가장 좋은 구조를 처음으로 실제로 보여줄 수 있었다. 연구팀은 또 이렇게 빛나는 현상은 500일에 1회 2∼3개월간 분화 주기와 합치했다고 한다. 제임스웹우주망원경에선 1,000만 광년 이상 먼 은하에 대해서도 지구와 같은 태양계 천체에 대해서도 새로운 보고를 계속하고 있다. 관련 내용은 이곳(가니메데, 이오)에서 확인할 수 있다.