프랑스 연구팀 "20~30㎞ 얼음 아래 바다…자전운동·궤도 진동 일으켜"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 토성의 위성 미마스(Mimas. 지름 390㎞)의 얼어붙은 표면 아래에 엔켈라두스(Enceladus) 등 다른 위성처럼 바다가 있는 것으로 보인다는 연구 결과가 나왔다.

토성의 위성 미마스

[Frédéric Durillon, Animea Studio | Observatoire de Paris–PSL, IMCCE 제공. 재판매 및 DB 금지]

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프랑스 파리천문대 발레리 레이니 박사팀은 8일 과학 저널 네이처(Nature)에서 토성 탐사선 카시니호(Cassini) 관측 자료 분석 결과 수많은 충돌 분화구로 덮여 있는 얼음 표면 아래에 비교적 근래에 생성되고 여전히 진화하고 있는 바다가 있는 것으로 추정된다고 밝혔다.

목성과 토성 등 공전궤도가 태양에서 먼 행성 주위를 도는 일부 위성의 얼음 표면 아래에 바다가 있을 수 있다는 증거는 점점 늘어나고 있지만 실제 액체 바다를 발견하기는 어려운 일이다.

얼음 등 고체 표면 아래의 바다는 일반적으로 액체로 인한 내부 역학으로 표면에 변형이 나타나면서 드러나는데, 미마스는 표면에 변화가 거의 없어 그 아래에 액체 바다가 있을 가능성이 매우 희박한 후보로 꼽혀왔다고 연구팀은 말했다.

카시니호 관측 데이터를 이용한 이전 연구에서는 미마스의 자전운동과 궤도에서 진동(libration) 현상이 포착됐으며, 이를 설명하기 위해 내부에 길쭉한 암석 핵이 있거나 전체적으로 바다가 있을 것이라는 가능성이 제시됐다.

미마스 내부가 액체 바다(왼쪽) 또는 길쭉한 암석일 경우 공전궤도 시뮬레이션

미마스 내부에 액체 바다(왼쪽)와 길쭉한 암석 핵이 있을 경우를 시뮬레이션 한 결과 바다가 있을 때가 관측에서 확인된 미마스 자전운동과 궤도의 진동 현상과 일치하는 것으로 나타났다. [Nature/Valery Lainey et al. 제공. 재판매 및 DB 금지]

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연구팀은 이 연구에서 카시니호의 미마스 관측 데이터 분석과 시뮬레이션을 통해 미마스의 자전운동과 궤도가 내부의 영향을 받는다는 사실을 밝혀냈다.

내부에 암석 핵이 있다고 가정할 경우 핵의 모양이 거의 팬케이크처럼 길쭉해야 하는데 이 경우 미마스 관측 결과와 일치하지 않는 것으로 나타났다.

반면 미마스 표면 아래에 위성 전체를 덮는 바다가 있을 경우를 적용하면 미마스 위치 측정 데이터에서 드러난 진동 현상이 잘 설명되는 것으로 밝혀졌다.

연구팀은 두께 20~30㎞의 얼음 아래에 바다가 위성 전체에 걸쳐 있는 것으로 보인다며 시뮬레이션 결과 바다는 2천500만~200만 년 전에 처음 생겨난 것으로 추정된다고 밝혔다.

이어 바다-얼음 경계면은 200만~300만년 전에야 표면 아래 30㎞에 도달한 것으로 보인다며 이는 미마스 표면에 바다 활동의 흔적이 나타나기에는 너무 짧은 시간이라고 말했다.

연구팀은 이 결과는 미마스가 형성된 지 얼마 안 된 얼어붙은 위성에서 흔히 볼 수 있는 내부 변화를 수백만년 간 겪었음을 시사한다며 이런 점에서 미마스는 얼음 위성 내부의 용융과 물-암석 상호작용 등을 연구할 독특한 기회를 제공한다고 설명했다.

이어 이는 엔켈라두스는 물론 천왕성의 위성들과 카이퍼벨트 천체를 포함한 태양계 내 얼어붙어 있는 세계의 과거 진화 과정을 들여다볼 수 있는 시간의 창을 제공할 수 있다고 덧붙였다.

◆ 출처 : Nature, Valery Lainey et al., 'A recently formed ocean inside Saturn's moon Mimas', https://www.nature.com/articles/s41586-023-06975-9

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