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2030년대 초 언젠가, 세탁기 크기의 로봇이 목성의 위성 유로파의 얼음 지각을 향해 조심스럽게 하강할 수 있을 것입니다. 카메라, 분광계, 현미경, 그리고 특종으로 무장한 그 차량은 큐리오시티 탐사선을 화성에 배달했던 것과 유사한 UFO 같은 스카이 크레인에서 내려올 것입니다. 로봇이 얼어붙은 땅에 가까워지면 자동 항법 시스템이 회피 조치를 취해야 할 수도 있습니다. 워싱턴 DC에 있는 미국항공우주국(NASA) 본부의 프로그램 과학자 커트 니버는 "아마도 표면은 멋지고 평평하고 매끄러울 것"이라며 "그러나 아마도 그것은 문자 그대로 6피트 높이의 얼음 송곳으로 덮여 있을 것"이라고 말했습니다.
그 탐사선의 임무는 친숙한 것입니다: 지구 너머의 생명체의 흔적을 찾는 것입니다. 하지만 이 조사의 대상인 달의 바다는 최근에야 인기를 얻었습니다.
유로파는 얼어붙은 지각 아래에 거대한 액체 바다를 가지고 있는 것으로 생각되는데, 이것은 외계 생명체를 발견하기에 잠재적으로 완벽한 장소입니다. 목성의 달은 단지 많은 비슷한 위치들 중 하나일 뿐입니다. 최근 수십 년 동안, 탐사 우주선은 우리 태양계가 얼음 바다 세계로 가득 차 있다는 것을 밝혀냈습니다. 유로파와 함께, 토성의 위성들, 간헐천을 내뿜는 엔셀라두스, 그리고 메탄으로 가득 찬 타이탄이 있습니다. 그리고 해왕성의 극저온 화산성 트리톤과 멀리 떨어진 왜성 명왕성이 있습니다. 몇 가지만 말씀드리면요. "당신이 돌을 던지면, 당신은 또 다른 바다 세계를 발견하게 됩니다," 라고 산타 크루즈 캘리포니아 대학의 행성 과학자 프란시스 님모가 말합니다. "그들은 사방에 있습니다."
목성, 토성, 천왕성, 해왕성의 위성들은 대부분 태양에서 멀리 떨어진 차가운 온도에서 단단한 바위가 되는 얼어붙은 물로 만들어졌습니다. 아주 적은 양의 내부 열도 그 얼음을 액체로 바꿀 수 있습니다. 캘리포니아 패서디나에 있는 나사의 제트 추진 연구소의 지질학자 케빈 핸드는 보호용 얼음 껍질 아래에서 이 세계들이 지구 바다의 100배의 부피를 가지고 있을 것이라고 계산합니다.
과학자들은 아직 이 이상한 얼음 공들의 표면 과정이나 내부 구성물을 완전히 이해하지 못했고, 나사와 다른 우주 기관들은 그들의 비밀을 더 조사하는 데 관심이 있습니다. 작년에 나사는 오션 월드 프로그램을 만들기 시작했습니다; 가장 초기의 목표물은 표면이나 표면 근처의 액체에 대한 가장 좋은 증거를 가진 유로파, 엔셀라두스, 그리고 타이탄이 될 것입니다. 몇 십년 안에, 이 장소들은 우리에게 생명체가 태양계에 널리 퍼져 있는지, 그리고 아마도 다른 곳에 퍼져 있는지를 말해줄 것입니다.
"우리는 물리학이 지구 너머에서 작동한다는 것을 알고 있습니다; 우리는 화학이 지구 너머에서 작동한다는 것을 알고 있습니다. 우리는 지질학이 효과가 있다는 것을 알고 있습니다."라고 Hand는 말합니다. "하지만 우리는 아직 생물학이 지구 밖에서 작용하는지 여부를 결정하지 못했습니다. 우리의 우주 뒷마당에 있는 이러한 액체 상태의 물 환경은 그 질문에 대답할 수 있는 기회를 제공합니다.
얼음 바다 세계에 대한 우리의 지식은 점차 생겨났습니다. 1960년대에, 일부 과학자들은 태양계 외부 위성들이 우리의 달과 너무 다르지 않은 먼지투성이의 회색 세계에 불과할 것이라고 주장했습니다. 하지만 몇몇 연구원들은 많은 태양계 외부 천체들이 충분한 얼음과 암석을 함유하고 있다고 지적했습니다. 이는 방사성 원소로 박혀 있을 것입니다. 붕괴로 인한 열이 내부를 녹일 수 있기 때문에 얼어붙은 지각으로 덮인 큰 주머니의 액체 물로 이어질 수 있습니다. (1).
1979년 보이저 1호와 2호가 목성을 스쳐 지나갈 때, 그들은 놀라운 영상을 전송했습니다. 비활성 먼지 공이 아닌, 달 이오는 태양계에서 가장 화산 활동이 활발한 천체로 밝혀졌고, 근처의 자매 유로파는 지각판과 유사한 부서진 혼돈의 지형을 가지고 있었습니다. "일단 보이저 탐사선들이 이 위성들에 크레이터가 거의 없고 거대한 균열이 있다는 것을 보았을 때, 그것은 그것들이 단지 지루한 바위와 얼음의 장소가 아니라는 것을 우리에게 단서를 주었습니다," 라고 JPL의 대기, 해양, 그리고 우주 과학자 캐서린 워커가 말합니다. "그것들은 지질학의 부유 실험실이었습니다."
1995년 갈릴레오 탐사선이 목성에 도착했을 때 태양계에서 해양 발생의 모든 범위가 더 명확해졌습니다. 그 우주선은 칼리스토와 유로파 (2) 위성 근처의 목성 자기권에서 이상한 이상을 측정했습니다. 목성의 자기축이 극에 비해 기울어져 있기 때문에, 목성의 위성들은 거대한 행성이 회전하면서 주기적인 자기 진동을 경험합니다. 기본적인 전자기 이론은 변화하는 자기장이 전도성 물질에 전류를 유도하여 2차적이고 약한 자기장을 생성할 것이라고 말합니다. 갈릴레오는 유로파와 칼리스토에서 이 유도 자기장을 보았고, 그들의 내부가 전기 전도성 물질로 만들어졌음을 시사했습니다. 가장 유력한 범인이요? 바닷물이요.
"칼리스토의 표면이 심하게 구겨졌고 그것의 일생 동안 흥미로운 일을 해본 적이 없는 것처럼 보였기 때문에 그 결과는 놀라웠습니다," 라고 패서디나에 있는 캘리포니아 공과대학의 행성 과학자 데이비드 스티븐슨이 말합니다.
"그것은 못생긴 새언니였고, 보세요, 바다가 있었어요."
2004년 카시니 우주선이 토성에 도착했을 때, 연구원들은 얼음으로 덮인 해양 위성을 사냥할 준비가 되어 있었습니다. 비록 타이탄의 메탄 호수와 두꺼운 질소 대기가 처음에는 가장 큰 관심을 끌었지만, 작은 엔셀라두스가 곧 그 쇼를 차지했습니다. 카시니의 카메라는 엔셀라두스의 표면에서 수백 킬로미터 떨어진 곳에서 촬영되고 있는 믿을 수 없는 얼음, 실리카, 암모니아 덩어리인 희미하고 독특한 토성 고리의 근원을 포착했습니다.
얼어붙은 해양 세계의 집계는 계속해서 증가하고 있습니다. 유로파와 칼리스토의 소금물을 가리키는 동일한 자기 효과는 목성의 위성 가니메데가 내부 액체층(4)을 가지고 있음을 시사합니다. 2015년 명왕성을 지나쳐 비행했을 때, New Horizons 우주선은 지하 바다가 있는 것으로 생각되는 폭 1,000 킬로미터의 매끄러운 평원을 발견했습니다. 명왕성의 위성 카론의 표면 특징은 명왕성 역시 한때 소행성대의 가장 큰 구성원인 왜행성 세레스가 공유하는 것처럼 보이는 특징인 액체 물을 가지고 있었다는 것을 암시합니다 (6). 프롬프트가 나타나면, 행성 과학자들은 토성의 위성 미마스, 디오네, 테티스, 그리고 천왕성의 위성 아리엘, 움브리엘, 그리고 미란다를 포함하여, 조사할 가치가 있을지도 모르는 6개의 다른 세계들을 내던집니다.
어떻게 태양으로부터 멀리 떨어진 이 모든 물체들이 내부에서 액체 상태의 물을 유지할 수 있을까요? 방사능 붕괴 외에도, 태양계의 많은 위성들은 조석력으로 알려진 중력 효과에 의해 가열됩니다. 이오, 유로파, 엔셀라두스와 같은 세계는 작은 천체에 다양한 중력 응력을 유발하는 그들의 모행성 주위의 편심 궤도를 따라가며, 대안적으로 엔셀라두스의 강력한 깃털과 같은 지각과 구동 현상을 압착하고 이완시킵니다. 조수의 영향 없이도, 많은 얼음 세계에서 발견되는 암모니아와 같은 자연 부동액은 물의 빙점을 -100 °C까지 낮출 수 있습니다.
이러한 차가운 바다 세계에 대해 배우면서, 연구원들은 그들이 얼마나 외계인지 깨닫게 되었습니다. 모델들은 종종 암석과 마그마와 유사점을 사용하지만, 그 유사점은 완벽하지 않습니다. 예를 들어, 고체 암석은 녹은 마그마보다 밀도가 높지만, 얼음과 물의 경우에는 그 반대라고 메릴랜드 로렐에 있는 존스 홉킨스 대학 응용 물리학 연구소의 행성 과학자 케이트 크래프트는 말합니다. "그리고 우리는 얼음이 너무 차가워지면, 그것은 바위처럼 작용한다고 말합니다. 하지만 정말로 소규모로 할까요?"
그러므로 과학자들은 이 시체들을 다시 보고 싶어 안달입니다. 유럽 우주국은 가니메데, 칼리스토, 유로파를 조사하기 위해 2022년 목성 얼음 위성 탐사선을 발사할 계획입니다. NASA는 유로파 중심의 임무를 수행하고 있는데, 이 임무는 또한 그 해에 발사하여 얼음 위성을 여러 번 근접 비행할 수 있습니다. 그 우주선은 유로파의 얇은 대기를 냄새 맡고, 얼음 껍질의 두께를 지도로 만들고, 고해상도로 표면을 이미지화하며, 아마도 희미하게 추정되는 깃털을 샘플로 채취할 것입니다. 그 임무는 얼어붙은 세계가 우리가 알고 있는 것처럼 생명에 필요한 유기 화학 물질, 액체 물, 에너지원을 포함하고 있는지를 결정할 것입니다.
후속 착륙선은 유로파에 생명체가 존재하는지에 대한 훨씬 어려운 질문에 답하려고 할 것입니다. 나사는 여전히 다음 단계를 어떻게 수행할지 결정하고 있습니다. 2017년 2월에 발표된 예비 연구(7)는 다중 플라이바이 우주선이 발사된 지 2년 후에 그러한 탐사선을 보낼 것을 제안했고, 초기 임무는 유로파의 거주 가능성을 평가할 충분한 시간을 주었습니다.
비록 유로파가 현재 가장 많은 관심을 받고 있지만, 다른 세계가 손짓합니다. "엔셀라두스는 태양계에서 모든 상자를 확인하는 유일한 장소입니다," 콜로라도 볼더에 있는 우주 과학 연구소의 행성 과학자 캐롤린 포르코가 말합니다. "우리는 그것이 바다와 유기 물질을 가지고 있다는 것을 알고 있으며, 심지어 해저에서 열수 활동에 대한 증거가 있다고 생각합니다."
거주 가능성을 결정하기 위해 노력하는 대신, 엔셀라두스 임무는 현존하는 유기체의 증거를 찾는 것으로 바로 갈 수 있습니다. 이 얼음 위성은 심지어 우주선이 쉽게 통과할 수 있는 간헐천을 통해 무료 바다 샘플을 제공합니다. Enceladus Life Finder (ELF)라고 불리는 제안된 임무는 물 기둥에서 아미노산을 찾기 위해 질량 분석기를 사용할 수 있습니다. 지구상의 생물들은 비생물적 과정에서 기대할 수 없는 비율의 복잡한 아미노산을 필요로 합니다. 그런 패턴을 찾는 것은 평생의 선물이 될 것입니다. 엔셀라두스와 타이탄의 탐험가라고 불리는 유럽의 우주선 제안은 엔셀라두스와 메탄으로 가득 찬 타이탄 모두에게 이러한 질문에 초점을 맞출 것입니다.
ELF는 나사의 New Frontiers 프로그램에 따라 자금 조달을 위해 경쟁하고 있으며, 2019년경에 결정이 예상됩니다. 이 임무는 역사적으로 중요할 수 있습니다, 라고 제안을 주도하고 있는 뉴욕 이타카의 코넬 대학의 행성 과학자 조나단 루닌이 말합니다. 만약 외계 생명체에 대한 증거를 찾기 위해서라면, 연구자들은 엔셀라두스 생물권이 지질학적 시간 동안 지구와 물질 교환의 가능성이 거의 없기 때문에 그들만의 독자적인 기원을 경험했다고 꽤 확신할 수 있을 것입니다.
"그것은 우리에게 삶이 우주 진화의 공통된 결과라는 것을 말해줄 것입니다."라고 그는 말합니다.
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