목성 위성 이오 화산의 비밀: 마그마 바다 대신 개별 마그마 방

NASA의 목성 탐사선 주노 미션의 과학자들이 목성의 위성 이오의 화산들이 마그마 바다가 아닌 각각의 뜨거운 마그마 방에 의해 작동될 가능성이 크다는 사실을 발견했습니다. 이 발견은 이 위성의 가장 두드러진 지질학적 특징의 지하 기원에 대한 44년 된 미스터리를 해결해 줍니다.

 

 

 

이오 화산 활동의 기원에 대한 새로운 연구 결과 발표

이오의 화산 활동 근원에 대한 논문은 12월 12일 학술지 네이처에 발표되었으며, 이 발견과 다른 이오 과학 연구 결과들은 미국 지구물리학 연례 회의에서 언론 브리핑을 통해 논의되었습니다. 이 회의는 미국에서 가장 큰 지구 및 우주 과학자들의 모임입니다.

 

 

이오: 태양계에서 가장 화산 활동이 활발한 천체

지구의 달과 비슷한 크기의 이오는 태양계에서 가장 화산 활동이 활발한 천체로 알려져 있습니다. 이 위성에는 약 400개의 화산이 있으며, 이 화산들은 끊임없이 용암과 분출물을 내뿜어 표면을 덮는 데 기여합니다.

 

 

 

1979년, 보이저 1호의 발견으로 시작된 이오 화산 연구

이오는 1610년 1월 8일 갈릴레오 갈릴레이에 의해 발견되었지만, 이오의 화산 활동은 1979년 NASA 제트 추진 연구소의 영상 과학자인 린다 모라비토가 NASA의 보이저 1호 우주선 이미지에서 화산 분출물을 처음 발견할 때까지 알려지지 않았습니다.

 

 

 

주노 미션의 근접 비행을 통한 새로운 통찰

사우스웨스트 연구소의 주노 책임 연구원인 스콧 볼턴은 "모라비토의 발견 이후, 행성 과학자들은 지하의 용암으로부터 화산이 어떻게 공급되는지 궁금해했습니다. 화산에 연료를 공급하는 하얀 마그마의 얕은 바다가 있었을까요, 아니면 그 근원이 더 국지적이었을까요? 주노의 두 차례 매우 근접한 비행 데이터가 이 고통받는 위성이 실제로 어떻게 작동하는지에 대한 통찰력을 줄 수 있다는 것을 알았습니다."라고 말했습니다. 주노 미션의 데이터를 통해 과학자들은 이오 화산의 기원에 대한 중요한 단서를 얻게 되었고, 오랜 미스터리를 해결하는 데 중요한 진전을 이루었습니다. 즉, 이오의 화산들은 거대한 마그마 바다에 연결된 것이 아니라, 각각 독립적인 마그마 방에서 용암을 공급받는다는 새로운 사실을 밝혀낸 것입니다.

주노 탐사선의 이오 근접 비행과 중력 데이터 분석

주노 탐사선은 2023년 12월과 2024년 2월, 이오의 표면에서 약 1,500km 이내까지 극도로 근접한 비행을 수행했습니다. 이 근접 비행 동안 주노는 NASA의 심우주 네트워크와 통신하며 고정밀 이중 주파수 도플러 데이터를 획득했습니다. 이 데이터는 탐사선의 가속도에 미치는 영향을 추적하여 이오의 중력을 측정하는 데 사용되었습니다. 이러한 비행을 통해 얻은 이오의 중력에 대한 정보는 조석 굴곡이라는 현상의 영향에 대한 더 자세한 내용을 밝히면서 새로운 논문으로 이어졌습니다.

 

 

 

이오의 극심한 조석 굴곡과 내부 열 발생

이오는 거대한 목성에 매우 가까이 있으며, 타원 궤도를 따라 42.5시간마다 목성을 한 바퀴 돕니다. 거리가 변함에 따라 목성의 중력도 변하고, 이는 이오가 끊임없이 압착되는 결과를 낳습니다. 결과적으로 극심한 조석 굴곡, 즉 조석력으로 인한 마찰이 내부 열을 발생시키는 극단적인 현상이 나타납니다.

 

 

 

마그마 바다 존재 여부 확인을 위한 중력장 측정

볼턴은 "이러한 지속적인 굴곡은 엄청난 에너지를 생성하며, 이는 문자 그대로 이오 내부의 일부를 녹입니다. 이오에 전 지구적인 마그마 바다가 있다면, 조석 변형의 신호가 더 단단하고 대부분 고체인 내부보다 훨씬 클 것이라는 것을 알고 있었습니다. 따라서 주노가 이오의 중력장을 탐사한 결과에 따라, 표면 아래에 전 지구적인 마그마 바다가 숨어 있는지 여부를 알 수 있을 것입니다."라고 설명했습니다.

 

 

 

주노 데이터 분석 결과: 전 지구적 마그마 바다는 존재하지 않는 것으로 밝혀져

주노 연구팀은 두 차례의 근접 비행에서 얻은 도플러 데이터를 이전의 목성계 탐사 임무와 지상 망원경의 관측 결과와 비교했습니다. 그 결과, 이오에는 얕은 전 지구적 마그마 바다가 없다는 사실과 일치하는 조석 변형을 발견했습니다. 즉, 이오의 화산 활동은 전 지구적인 마그마 바다가 아닌, 각 화산 아래에 존재하는 개별적인 마그마 방에 의해 발생하는 것으로 결론지을 수 있습니다.

 

 

이오 연구의 함의: 다른 위성 및 외계 행성 연구로의 확장

JPL의 태양계 역학 그룹 책임자이자 주노 공동 연구자인 라이언 파크는 "조석력이 항상 전 지구적인 마그마 바다를 생성하는 것은 아니라는 주노의 발견은 이오의 내부에 대해 알고 있는 것을 재고하게 하는 것 이상의 의미를 지닙니다. 이는 엔셀라두스와 유로파 같은 다른 위성, 심지어 외계 행성과 슈퍼 지구에 대한 우리의 이해에도 영향을 미칩니다. 우리의 새로운 발견은 행성 형성과 진화에 대해 알고 있는 것을 재고할 기회를 제공합니다."라고 말했습니다. 즉, 이오의 연구 결과는 단순히 이오라는 특정 천체에 대한 이해를 넓히는 것뿐만 아니라, 조석력을 받는 다른 천체들의 내부 구조와 진화 과정을 이해하는 데에도 중요한 시사점을 제공한다는 것입니다. 특히, 엔셀라두스와 유로파는 지하 바다의 존재 가능성으로 인해 생명체 존재 가능성이 주목받는 위성들이기 때문에, 이번 연구 결과는 이들의 내부 구조 및 진화 과정을 이해하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. 또한, 외계 행성 및 슈퍼 지구의 경우, 조석력은 행성 내부의 열 생성 및 지질 활동에 큰 영향을 미칠 수 있으므로, 이번 연구 결과는 외계 행성의 거주 가능성을 평가하는 데에도 중요한 참고 자료가 될 수 있습니다.

 

 

 

향후 주노 미션: 목성 추가 탐사 예정

앞으로 더 많은 과학 연구가 진행될 예정입니다. 주노 탐사선은 11월 24일, 목성의 신비로운 구름 꼭대기를 66번째로 근접 비행했습니다. 다음 목성 근접 비행은 동부 표준시 12월 27일 오전 12시 22분에 이루어질 예정입니다. 주노의 궤도가 행성 중심에 가장 가까워지는 시점(근목점)에 탐사선은 목성 구름 꼭대기 위 약 3,500km 상공에 위치하게 되며, 2016년 목성 궤도 진입 이후 10억 3,900만 km를 비행하게 됩니다. 앞으로의 탐사를 통해 목성에 대한 더 많은 비밀이 밝혀질 것으로 기대됩니다.