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- 목성의 가장 안쪽에 있는 큰 달 이오(Io)에는 셀 수 없이 많은 활화산이 있다
- 400개 이상의 화산 중심지와 150개 이상의 활화산이 황을 함유하는 황색 표면 덮어
- 화산들은 지상의 화산들처럼 각각 이오의 지각에 있는 지역 마그마 챔버로부터 영양 받아

목성의 화산 위성 이오(Io)에는 전 지구적 마그마가 없다.

목성에 대한 놀라운 사실:
화산 위성 이오(Io)에는 수십 년 동안 가정되었던 것과는 달리 세계적인 마그마 바다가 없는 것 같다. 목성의 가장 안쪽에 있는 큰 달에는 셀 수 없이 많은 활화산이 있다. NASA의 Juno 우주 탐사선의 새로운 데이터에 따르면 활화산 마그마는 큰 저장소에서 공급되는 것이 아니라 개별적이고 별도의 마그마 챔버를 가지고 있다. 연구자들이 네이처(Nature)에 보고한 바와 같이, 이는 태양계의 다른 달의 지각 아래에 있는 잠재적으로 액체층과 외계행성에 관한 새로운 빛을 비춘다. 

▲ 목성의 위성 이오는 태양계에서 가장 화산 활동이 활발한 천체이다. 그러면 이오의 화산은 어디서 마그마를 얻을까? © NASA/JPL

목성의 위성 이오는 태양계 전체에서 가장 화산 활동이 활발한 천체이다. 400개 이상의 화산 중심지와 150개 이상의 활화산이 황을 함유하는 황색 표면을 덮고 있다. 1년 안에 이오의 폭발(일부는 거대함)은 지구의 모든 화산을 합친 것보다 수백 배 더 많은 용암을 생성한다. 일반적인 이론에 따르면, 이오 화산은 얇은 지각 아래에 있는 전 지구적인 마그마 바다에 의해 공급된다. 이 암석은 목성 근처의 거대한 조석력에 의해 녹았다. 이는 2011년 NASA 갈릴레오 탐사선의 자기장 측정으로 제안되었다.

Juno 우주선이 Io의 화산 위를 비행

하지만 이제 NASA의 Juno 우주선의 데이터는 완전히 다른 것을 보여준다. 2023년 12월 30일과 2024년 2월 3일에 이 탐사선은 이전의 어떤 탐사선보다 화산 위성 이오에 더 가까이 날아갔다. 이오 표면에서 불과 1,500km 떨어져 있었다. 이 비행 동안 Juno는 무선 신호를 지구로 보냈고, 그 미묘한 왜곡을 통해 과학자들은 Io 중력장이 탐사선에 미치는 영향을 확인할 수 있었다. 이러한 중력장 데이터를 통해 목성 달의 내부 구성과 달에 작용하는 조석력의 정도에 대한 결론을 도출할 수 있었다.

▲ 지금까지 자기장 측정 결과에 따르면 이오의 지각 아래에 전 지구적인 마그마 바다가 있는 것으로 나타났다. © NASA/JPL, 미시간대학교/UCLA

"만약 이오에 전 지구적인 마그마 바다가 있었다면 조석력으로 인한 내부 변형의 특징은 단단하고 대부분 단단한 내부 변형의 특징보다 훨씬 더 커야 할 것이다"고 텍사스 남서부 연구소의 Juno 미션 과학 리더인 Scott Bolton은 설명했다. "따라서 이 두 번의 근접 비행 동안 주노의 중력장 측정은 이 화산 달이 실제로 어떻게 작동하는지 알려줄 것이다.”

이오에는 세계적인 마그마 바다가 없다.

새로운 데이터는 놀라운 사실을 드러냈다. “우리의 결과는 이오에 얕은 전 지구적 마그마 바다가 있을 수 없다는 것을 보여준다”고 연구원들은 보고했다. 목성의 달의 결정된 조수 변형은 너무 작다. 화산 달에 마그마 바다가 있다면 지각 아래 깊이가 320km 이상이어야 한다. 그러한 녹은 암석층은 지구의 하부 맨틀과 더 유사할 것이다.

볼턴과 그의 동료들이 설명하는 것처럼 화산 달에 더 깊은 마그마 바다가 있다고 해도 그것이 화산 활동의 원천이 될 수는 없다. 이 저장소에 녹은 물질이 보존되기 위해서는 그 위에 있는 단단한 암석보다 더 무거워야 한다. 하지만 그렇게 되면 마그마가 솟아올라 화산에 공급될 수 없다. “우리는 이오 표면의 화산 활동이 세계적인 마그마 바다에 의해 공급될 수 없다는 결론을 내렸다”고 팀은 썼다.

▲ 새로운 Juno 데이터에 따르면, Io의 지각 아래에는 지역적인 마그마 저장소만 있고, 녹은 암석으로 이루어진 전 지구적인 바다는 없다. © NASA/Caltech-JPL/SwRI

그러면 이오의 극도로 활동적인 화산은 어디에서 마그마를 얻을까? 연구원들에 따르면, 목성의 달에 있는 화산들은 지상의 화산들과 유사하게 각각 이오의 지각에 있는 지역 마그마 챔버로부터 영양을 공급받아야 한다.

다른 달 및 외계행성에도 적합

이 놀라운 발견은 화산 위성 이오(Io)를 훨씬 넘어서는 의미를 갖고 있다. NASA 제트추진연구소(JPL)의 수석 저자인 라이언 박(Ryan Park)은 “심지어 극단적인 조력이 항상 전 지구적인 마그마 바다를 일으키는 것은 아니라는 발견은 태양계의 다른 달과 외계행성에 대한 우리의 가정에도 영향을 미친다”고 설명했다. 이는 빙하 아래 바다에 액체 물이 있을 것으로 의심되는 엔셀라두스와 가니메데와 같은 달에 영향을 미칠 수 있다.

© NASA

 

일부 슈퍼지구와 지구와 유사한 외계행성은 내부가 이전에 가정했던 것과 다르게 보일 수도 있다. 동시에, 새로운 결과는 또한 연구자들이 이전에 많은 달과 행성에 원시 마그마 바다가 있다고 가정했기 때문에 태양계에서 천체의 초기 발달에 대한 새로운 시각을 제시했다. “우리의 결과는 행성 형성과 진화에 대한 우리의 지식을 다시 생각하게 하는 자극제를 제공한다”고 리아언 박은 말했다.
(Nature, 2024; doi: 10.1038/s41586-024-08442-5)

출처: Nature, NASA/ Goddard Space Flight Center

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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