토성 위성 엔셀라두스, 얼음 분출 메커니즘은…

토성 위성인 엔셀라두스(Enceladus)는 표면이 얼음으로 덮여있다. 이런 엔셀라두스는 태양계에서 생명체가 존재할 가능성이 가장 높은 천체로 알려져 있다.

이 위성에는 타이거 스트라이프(Tiger Stripes)라고 불리는 갈라진 지형이 있으며 이 갈라진 틈새로부터 제트 분사처럼 물과 얼음이 우주 공간을 향해 분출되는 현상이 일어난다.

캘리포니아공대 연구팀이 이 지질 활동 발생에 대한 새로운 발견 사항을 학술지 네이처 지오사이언스(Nature Geoscience)에 게재했다.

연구팀은 타이거 스트라이프에 초점을 맞췄다. 이 갈라진 지형은 남극 부근에 있는 긴 균열로 형성 원인은 먼 과거 거대 물체 충돌로 인한 것이라고 여겨졌다. 이후 다른 연구자이 엔셀라두스 특유의 불규칙적인 궤도가 원인이라고 결론지었다. 엔셀라두스는 토성에서 멀어졌다가 다시 가까워지는 궤도를 그리며 이 과정에서 토성 중력에 의해 생기는 조력으로 인해 열이 발생하고 변형이 일어난다는 것이다.

연구팀은 컴퓨터 모델링으로 타이거 스트라이프 단층 움직임 특성을 시뮬레이션해 분출이 어떻게 일어나는지 연구했다. 연구자는 타이거 스트라이프 단층과 구조, 분출과의 관계에 대해 횡이동 운동이 타이거 스트라이프의 기하학적 요철을 따라 풀어파트(Pull Apart) 구조와 같은 전단을 확장시켜 나간다고 생각한다며 이를 통해 제트 활동을 조절한다는 가설을 세웠다. 다시 말해 타이거 스트라이프 상 횡이동 운동이 분출 발생에 기여한다는 것이다.

그런데 과학자는 엔셀라두스가 얼음으로 덮인 내부에 해양이 존재한다고 생각하고 있다. 이에 더 흥미로운 천체로 여겨지고 있다. 과학자는 엔셀라두스 균열에서 분출된 얼음 물질로 이뤄진 플룸을 통해 해양을 엿볼 수 있다고 한다. 지난해 이 분출 물질 속에 생명체 구성 요소인 인산이 포함되어 있음이 밝혀졌다. 더구나 몇 달 전에는 카시니 탐사선 데이터를 통해 유기화합물인 시안화수소가 분출 물질 속에 존재한다는 사실이 알려졌다.

엔셀라두스 남극 플룸은 33시간 공전 주기 동안 두 차례 생성된다고 한다. 한 이론에 따르면 타이거 스트라이프 단층이 열리고 닫히면서 다양한 물질이 엔셀라두스로부터 방출된다는 것이었다.

하지만 이번 발표에 따르면 그 메커니즘은 과학자가 엔셀라두스 조력에 의해 생성된다고 예상했던 것보다 훨씬 더 많은 에너지를 필요로 하며 이번 연구 모델에서는 다른 이론을 제시했다. 플룸의 강인함은 단층이 서로 어긋나 횡이동하면서 강도가 변화할 수 있으며 이로 인해 단층 사이에 틈이 생겨 분출이 일어나 물질이 방출된다는 것이다.

연구팀은 궤도 위성에서의 레이더 관측을 통해 지구 지진 등 단층 활동을 영상화할 수 있게 됐다고 한다. 이런 방식을 엔셀라두스에 적용한다면 내부 해양에서 지표로의 물질 이동, 얼음 지각 열량, 엔셀라두스에서 생명체 형성과 진화를 가능케 하는 장기적 조건 등을 더 깊이 이해할 수 있을 것이라고 밝히고 있다.

앞서 언급했듯이 엔셀라두스는 태양계에서 생명체 존재 가능성이 가장 높은 천체로 여겨진다. 엔셀라두스에 대한 연구가 진전되면서 생명체 모습과 발견 방법에 대한 이해가 가까워질 것이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.