06. 외계생명체 미스터리 , 엔셀라두스 — 토성 위성의 간헐천과 유기물

06. 외계생명체 미스터리 , 엔셀라두스 — 토성 위성의 간헐천과 유기물

토성의 위성 엔셀라두스(Enceladus)는 지름 504km의 작은 얼음 천체다. 태양에서 멀리 떨어진, 차갑고 작은 이 위성이 외계생명체 탐색의 최전선에 오른 것은 카시니(Cassini) 탐사선이 보내온 데이터 때문이다. 엔셀라두스 남극에서는 물과 유기물이 섞인 기둥이 우주 공간으로 뿜어져 나오고 있다. 내부 바다의 물질이 탐사선에 직접 분석될 수 있는 형태로 우주에 나와 있는 것이다. 이것은 다른 어떤 천체도 제공하지 않는 독특한 탐사 기회다.

엔셀라두스는 1789년 윌리엄 허셜이 처음 발견했다. 오랫동안 지질학적으로 죽은 얼음 덩어리로 여겨졌다. 그러다 2005년 카시니 탐사선이 남극 지역에서 거대한 물질 기둥이 분출되는 것을 발견하면서 완전히 다른 천체로 재인식됐다.

 

엔셀라두스 남극 간헐천 — 토성 위성 표면에서 물과 유기물이 우주로 분출되는 장면

카시니가 발견한 것

카시니는 2005년부터 2017년 임무 종료까지 엔셀라두스를 여러 차례 근접 통과하며 분출 기둥을 직접 통과해 샘플을 채취했다. 그 결과 분출물의 성분이 분석됐다.

분출 기둥에는 수증기와 얼음 입자가 주성분이었다. 여기에 이산화탄소, 메탄, 암모니아, 수소 분자가 포함됐다. 2017년에는 복잡한 유기 분자, 즉 탄소 원자 10개 이상이 연결된 방향족 탄화수소와 질소 함유 화합물이 발견됐다. 아미노산의 전구체가 될 수 있는 분자들이다. 2018년에는 분출물에 상당량의 수소 분자가 포함돼 있다는 것이 확인됐다.

이 수소가 중요한 이유는 지구 심해 열수구에서 암석과 물이 반응하는 사문암화(serpentinization) 과정에서 수소가 생성되기 때문이다. 고온 고압의 물이 감람석 같은 암석과 반응하면 수소가 만들어진다. 이 수소는 미생물이 에너지원으로 사용할 수 있다. 엔셀라두스 내부 바다 바닥에서 이와 유사한 과정이 일어나고 있다는 것을 수소의 존재가 시사한다.

호랑이 줄무늬 — 분출의 원천

엔셀라두스 남극에는 평행하게 달리는 네 개의 균열이 있다. 각각의 길이는 약 130km이며, 표면보다 온도가 높다. 이 균열들이 '호랑이 줄무늬(tiger stripes)'로 불린다. 분출 기둥들은 이 균열에서 나온다.

호랑이 줄무늬는 내부 바다와 연결돼 있다. 균열을 통해 내부 바다의 물이 상승하고, 압력이 낮아지면서 일부가 증발해 우주 공간으로 뿜어진다. 이 과정이 지속되는 것은 내부 열원이 있기 때문이며, 유로파와 마찬가지로 조석 가열이 그 원천으로 여겨진다. 엔셀라두스는 토성과 다른 위성들의 중력 영향을 받으면서 내부에 열을 발생시킨다.

 

엔셀라두스 내부 구조와 호랑이 줄무늬 — 남극 균열에서 내부 바다로 연결되는 단면

분출 기둥이 갖는 탐사 의미

엔셀라두스의 가장 독특한 점은 내부 바다의 물질이 자발적으로 우주 공간으로 나온다는 것이다. 유로파의 경우 바다에 접근하려면 수십 킬로미터의 얼음층을 뚫어야 한다. 엔셀라두스는 그 내용물이 이미 밖으로 나와 있다.

카시니가 분출 기둥을 직접 통과하며 샘플을 채취한 것이 그 이점을 보여준다. 탐사선이 착륙하거나 시추하지 않아도 내부 바다의 화학 조성을 분석할 수 있었다. 이것은 탐사 비용과 기술적 난이도 측면에서 엄청난 이점이다.

미래의 탐사선이 더 정밀한 질량 분석기를 장착하고 분출 기둥을 통과한다면, 아미노산 같은 생물학적 분자가 있는지, 더 나아가 세포막을 구성하는 지질 분자가 있는지도 분석할 수 있을 것이다. 현재 논의되는 엔셀라두스 탐사 계획들이 이를 목표로 한다.

엔셀라두스와 토성의 E 고리

카시니가 발견한 또 다른 사실은 엔셀라두스의 분출 기둥이 토성의 E 고리를 유지한다는 것이다. E 고리는 토성의 고리 시스템 중 가장 바깥쪽에 있는 희미한 고리로, 엔셀라두스의 궤도 근처에 위치한다. 엔셀라두스가 분출하는 얼음 입자들이 E 고리를 채우고 있는 것이다.

이것은 엔셀라두스의 분출이 일시적인 현상이 아니라 장기적으로 지속되고 있다는 증거이기도 하다. 내부 열원과 분출이 최소한 E 고리가 유지되는 동안, 즉 상당히 오랜 기간 동안 지속됐다는 뜻이다.

 

엔셀라두스와 토성 E 고리 — 분출 기둥이 토성 고리 물질을 공급하는 관계

마무리

엔셀라두스는 생명의 조건을 갖춘 내부 바다를 가질 뿐 아니라, 그 내용물이 이미 우주로 나와 있는 위성이다. 카시니가 보여준 복잡한 유기물과 수소의 존재는 지구 심해 열수구와 유사한 환경이 엔셀라두스 내부 바다 바닥에 있을 가능성을 시사한다. 다음 탐사선이 분출 기둥을 더 정밀하게 분석한다면, 태양계 내 생명의 흔적을 처음으로 발견하는 장소가 될 수 있다.

다음 편에서는 같은 토성 위성계의 또 다른 천체, 타이탄을 다룬다. 타이탄은 물 대신 메탄 바다가 있고, 산소 없이도 가능한 생명의 형태에 대한 가설이 제기된 독특한 위성이다.

 

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