토성의 얼음 위성 엔셀라두스 아래의 따뜻한 바다는 생명체에게 완벽할 수 있습니다

옥스퍼드 대학, 사우스웨스트 연구소, 애리조나 주 투산에 있는 행성 과학 연구소의 과학자들로 구성된 팀이 엔셀라두스의 북극에서 상당한 열 흐름의 첫 번째 증거를 발견했습니다. 지금까지 과학자들은 열 손실이 간헐천이 수증기와 얼음 입자를 우주로 발사하는 남극에만 국한되어 있다고 믿었습니다. 새로운 측정은 엔셀라두스가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 열적으로 활동적이라는 것을 확인시켜 주며, 이는 엔셀라두스가 휴면 중인 얼어붙은 달보다 훨씬 더 많은 열을 생성하고 방출한다는 것을 나타냅니다.

얼음 아래 숨겨진 바다

엔셀라두스는 얼음 표면 아래에 전 세계적으로 염분이 많은 바다가 숨겨져 있는 지질학적으로 활동적인 세계입니다. 과학자들은 이 바다가 달 내부 열의 주요 원인이라고 믿습니다. 이 지하 바다에는 액체 물, 따뜻함, 필수 화학 성분(예: 인 및 복합 탄화수소)이 포함되어 있기 때문에 태양계에서 지구 너머 생명체가 살기에 가장 유망한 환경 중 하나로 간주됩니다.

생명체가 번성하려면 엔셀라두스의 바다는 오랜 기간 동안 안정된 상태를 유지해야 하며, 얻은 에너지와 손실된 에너지 사이의 균형을 유지해야 합니다. 이 균형은 달이 궤도를 돌 때 늘어나거나 압축되는 토성의 강력한 중력으로 인해 발생하는 조수 가열을 통해 유지됩니다. 열이 너무 적게 생산되면 엔셀라두스의 표면 활동이 약해지고 결국 바다가 얼어붙을 수 있습니다. 그러나 에너지가 너무 많으면 과도한 지질 활동이 유발되어 바다를 지탱하는 섬세한 환경이 파괴될 수 있습니다.

“엔셀라두스는 지구 밖의 생명체를 찾는 핵심 목표이며, 그 에너지의 장기적인 가용성을 이해하는 것은 엔셀라두스가 생명체를 지원할 수 있는지 여부를 결정하는 데 핵심입니다.”라고 이번 연구의 주저자인 조지나 마일스 박사(사우스웨스트 연구소 및 물리학과 객원 과학자)는 설명했습니다.

엔셀라두스의 신비한 따뜻함 측정하기

최근까지 과학자들은 달의 남극에서만 열 손실을 측정했습니다. 북극은 지질학적으로 조용하고 활동이 없는 것으로 여겨졌습니다. 이 가정에 도전하기 위해 연구팀은 NASA의 카시니 우주선의 데이터를 사용하여 2005년 깊은 겨울과 2015년 여름이라는 두 가지 주요 기간 동안 북극 지역을 연구했습니다. 이러한 관찰을 통해 과학자들은 열이 상대적으로 “따뜻한” 지하 해양(0°C, 32°F)에서 얼음 지각을 통해 극도로 차가운 표면(-223°C, -370°F), 우주로 탈출하기 전.

연구자들은 극의 긴 밤 동안 예상되는 표면 온도를 모델링하고 이를 카시니의 CIRS(Composite InfraRed Spectrometer)의 적외선 데이터와 비교함으로써 북극 표면이 예상보다 약 7K 더 따뜻하다는 것을 발견했습니다. 이러한 과도한 따뜻함에 대한 유일한 설명은 숨겨진 바다에서 열이 위쪽으로 누출된다는 것입니다.

팀은 평방 미터당 46 ± 4 밀리와트의 열 흐름을 측정했습니다. 그다지 크지 않은 것처럼 들릴 수도 있지만, 이는 지구 대륙 지각을 통해 빠져나가는 평균 열의 약 2/3에 해당합니다. 엔셀라두스 전체에 걸쳐 이는 약 35기가와트의 에너지에 달합니다. 이는 대략 6,600만 개의 태양광 패널(각각 530W) 또는 10,500개의 풍력 터빈(각각 3.4MW)에서 생산되는 전력에 해당합니다.

얼음 아래 안정된 바다

새로운 측정값이 이전에 활성 남극에서 감지된 열과 결합되면 엔셀라두스의 총 열 손실은 약 54기가와트에 이릅니다. 이 수치는 조석력에 의해 생성되는 열의 양에 대한 예측과 밀접하게 일치합니다. 열 생성과 손실 사이의 거의 완벽한 균형은 엔셀라두스의 바다가 오랜 시간 동안 액체 상태로 유지되어 생명체가 발달할 수 있는 안정적이고 장기적인 환경을 제공할 수 있음을 나타냅니다.

이번 연구의 교신저자인 칼리 호엣(옥스퍼드대학교 물리학과 및 행성과학연구소) 박사는 “엔셀라두스가 지구 차원에서 얼마나 많은 열을 잃어가고 있는지 이해하는 것은 엔셀라두스가 생명을 유지할 수 있는지 여부를 아는 데 매우 중요하다”고 말했다. “이 새로운 결과가 생명체 발전에 중요한 구성 요소인 엔셀라두스의 장기적인 지속 가능성을 뒷받침한다는 것은 정말 흥미롭습니다.”

바다는 얼마나 오랫동안 존재했는가?

과학자들의 다음 과제는 엔셀라두스의 바다가 얼마나 오랫동안 존재했는지 확인하는 것입니다. 만약 그것이 수십억 년 동안 존재했다면, 생명체의 조건은 그것이 잠재적으로 출현할 만큼 충분히 오랫동안 안정적이었을 것입니다. 그러나 바다의 정확한 나이는 여전히 불확실합니다.

미래 임무를 위한 엔셀라두스 매핑

이 연구는 또한 열 판독값이 엔셀라두스의 얼음 껍질의 두께를 추정하는 데 도움이 될 수 있음을 보여주었습니다. 이는 로봇 탐사선이나 착륙선을 사용하여 바다를 탐험하려는 향후 임무를 계획하는 데 중요한 요소입니다. 분석에 따르면 얼음의 두께는 북극에서 20~23km, 달 전체에서 평균 25~28km인 것으로 나타났습니다. 이는 다른 모델에서 도출된 이전 추정치보다 약간 더 깊은 수치입니다.

마일즈 박사는 “엔셀라두스의 일일 및 계절적 온도 변화로 인한 전도성 열 흐름으로 인한 미묘한 표면 온도 변화를 파악하는 것은 어려운 일이었으며 이는 카시니의 확장 임무를 통해서만 가능해졌다”고 덧붙였습니다. “우리의 연구는 생명체가 서식할 수 있는 해양 세계에 대한 장기적인 임무의 필요성과 데이터가 획득된 후 수십 년이 지나야 모든 비밀이 드러날 수 있다는 사실을 강조합니다.”