05. 외계생명체 미스터리 , 유로파 — 목성 위성의 얼음 아래 숨겨진 바다

05. 외계생명체 미스터리 , 유로파 — 목성 위성의 얼음 아래 숨겨진 바다

목성의 위성 유로파(Europa)는 태양계에서 생명이 존재할 가능성이 가장 높은 장소 중 하나로 꼽힌다. 표면은 두꺼운 얼음으로 덮여 있고 온도는 영하 160도에 달한다. 그러나 그 얼음층 아래에 지구의 전체 바다보다 많은 양의 액체 물이 있다는 것이 여러 탐사 데이터로 확인됐다. 태양에서 멀리 떨어진 이 얼어붙은 위성이 어떻게 액체 바다를 유지하는가, 그리고 그 바다에 생명이 있을 수 있는가가 이 편의 질문이다.

유로파는 목성의 4대 갈릴레이 위성 중 하나로, 지름이 약 3,100km다. 달보다 약간 작은 크기다. 1979년 보이저 탐사선이 처음 상세 이미지를 보내왔을 때, 과학자들은 표면을 덮은 얼음에 복잡한 균열 패턴이 가득하다는 것을 발견했다. 이 균열 패턴은 단순한 정적인 지형이 아니라, 표면 얼음이 아래에서 올라오는 무언가에 의해 지속적으로 움직이고 있음을 시사했다.

 

유로파 표면 — 복잡한 얼음 균열 패턴과 내부 액체 바다의 존재를 시사하는 지형

조석 가열 — 얼음 아래 바다가 녹아 있는 이유

유로파가 태양에서 멀리 있음에도 내부에 액체 바다를 유지하는 것은 조석 가열(tidal heating) 덕분이다.

유로파는 목성의 강한 중력장 안에서 공전한다. 목성의 중력이 워낙 강하고, 다른 갈릴레이 위성들(이오, 가니메데)과의 궤도 공명으로 인해 유로파의 공전 궤도가 완전한 원이 아니라 약간 찌그러진 타원이다. 이 때문에 유로파가 목성을 공전하는 동안 목성과의 거리가 미세하게 변하고, 그 결과 목성의 기조력이 유로파 내부를 주기적으로 당기고 밀어낸다.

이 반복적인 변형이 유로파 내부에서 마찰열을 발생시킨다. 이것이 조석 가열이다. 이오(Io)의 경우 조석 가열이 너무 강해 표면 전체가 화산 활동으로 들끓는다. 유로파는 그보다 약하지만, 얼음층 아래의 물을 액체 상태로 유지하기에는 충분한 열이 발생한다.

내부 바다의 증거

유로파 내부에 액체 바다가 있다는 증거는 여러 경로에서 왔다.

1990년대에 목성계를 탐사한 갈릴레오(Galileo) 탐사선은 유로파 근처를 여러 차례 통과하면서 자기장을 측정했다. 유로파 주변에서 목성의 자기장이 교란되는 패턴이 발견됐는데, 이것은 유로파 내부에 전기가 흐를 수 있는 물질, 즉 이온이 녹아 있는 소금물이 있을 때 나타나는 현상이다. 순수한 얼음이나 암석으로는 이 교란 패턴이 설명되지 않는다.

또한 표면의 얼음 균열 패턴 자체가 내부 바다의 존재를 지지한다. 얼음판들이 서로 이동하며 새로운 얼음이 채워지는 패턴은 판구조운동과 유사한 과정이 일어나고 있음을 시사한다. 이것은 얼음 아래에 유체가 있어야 가능하다.

현재 과학계에서는 유로파의 얼음층 두께를 약 10~30km로, 그 아래 액체 바다의 깊이를 약 60~150km로 추정한다.

바다의 총 부피는 지구 전체 바다의 두 배를 넘을 것으로 추정된다.

 

유로파 내부 구조 — 얼음층, 액체 바다, 암석 맨틀, 금속 핵의 단면도

생명 가능성 — 세 가지 조건

생명이 존재하기 위해 필요한 기본 조건은 액체 물, 에너지원, 화학적 재료(유기물)다. 유로파는 이 세 가지를 모두 충족할 가능성이 있다.

액체 물은 이미 확인된 것으로 본다. 에너지원은 두 가지 경로가 있다. 하나는 조석 가열이고, 다른 하나는 표면에서 얼음으로 흡수된 입자가 화학 반응을 일으켜 산화제(oxidants)를 만들고, 그것이 균열을 통해 바다로 내려가 화학 에너지를 공급하는 경로다. 유기물의 경우, 유로파 표면에서 황 화합물과 탄소 기반 물질이 발견됐으며, 목성계를 통과하는 운석과 혜성이 유기물을 공급했을 가능성도 있다.

지구의 심해 열수구 주변에서 태양빛 없이도 화학합성으로 생태계가 유지된다는 것이 알려져 있다. 유로파의 바닥에서도 유사한 열수구 활동이 있다면, 그 주변에 생명이 있을 수 있다.

유로파 클리퍼 — 탐사의 현재

NASA의 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 탐사선이 2024년 10월 발사됐다. 이 탐사선은 직접 유로파에 착륙하거나 바다에 들어가는 것이 아니라, 유로파를 49회 근접 비행하면서 얼음층 두께, 내부 바다의 깊이와 염도, 표면 화학 조성 등을 분석한다. 2030년대에 유로파에 도착할 예정이다.

직접 탐사의 더 큰 목표는 유로파 착륙선이다. 아직 구체적인 임무 계획은 확정되지 않았지만, 얼음층을 뚫고 바다에 접근하는 것이 장기 목표로 논의되고 있다. 이것은 현재 기술로도 매우 어려운 과제이며, 실현까지 수십 년이 걸릴 수 있다.

 

유로파 클리퍼 탐사선 — 목성과 유로파를 배경으로 근접 비행하는 NASA 탐사선

마무리

유로파는 태양계 생명 탐색의 가장 구체적인 후보지다. 액체 바다의 존재는 데이터로 뒷받침되고, 생명에 필요한 조건들이 갖춰졌을 가능성이 있다. 2030년대 유로파 클리퍼의 데이터가 이 가능성을 더 좁혀줄 것이다.

다음 편에서는 같은 토성 위성 시스템에서 또 다른 가능성을 보여주는 엔셀라두스를 다룬다. 표면 균열에서 물을 직접 분출하는 이 위성은 이미 유기물이 우주 공간으로 뿜어져 나오고 있다는 것이 확인됐다.

 

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