[아하! 우주] 목성과 토성 위성의 숨겨진 바다에 생명체 존재할까?

지구 밖 생명체를 찾고 있는 과학자들이 가장 주목하는 곳은 외부 태양계의 위성들 중 얼어붙은 지각 아래 숨어 있는 거대한 바다다. 특히 목성과 토성 둘레를 돌고 있는 유로파, 엔셀라두스 같은 위성들이 이들 과학자들이 가장 먼저 탐사하고 싶어하는 장소이다.

2022년에 출발할 예정인 유럽우주국(ESA) 탐사선의 미션은 바로 그 일을 겨냥한 것이다. '주스'(JUICE·Jupiter Icy Moons Explorer)라는 이색적인 이름을 가진 이 우주선은 목성계를 둘러보고, 특히 목성의 가장 큰 세 위성 가니메데, 칼리스토, 유로파를 집중적으로 관찰할 계획이다. 이들 목성의 세 달은 모두 그 지하에 거대한 바다가 출렁이고 있을 것으로 과학자들은 믿고 있다.

주스 프로젝트를 운영하는 ESA의 행성 과학자 올리비에 위타세는 지난달 31일 미국 국립과학원이 공동 발표한 프레젠테이션에서 “얼음 지각 아래에 거대한 지하 바다가 숨어 있을 것으로 믿을 만한 충분한 이유가 있다”고 밝혔다. 미션은 과학자들이 대양의 존재 여부를 결정하는 데 필요한 데이터를 확보하도록 구성되었다.

과학자들은 유로파의 바다가 얼어붙은 지각의 균열을 통해 물기둥들을 뿜어내고 있을 것으로 생각하고 있지만 아직까지 확인하지 못하고 있다. 만약 그렇다면 이 위성을 두 차례 근접비행하는 주스 탐사선은 이 물기둥들 사이를 날아다니며 그 액체의 성분을 조사할 수 있을 것으로 보인다. 위타세 박사는 “이러한 미션을 수행하는 데는 행운이 필요하다”면서 “물기둥이 존재해야 하는데, 이것은 여전히 논쟁의 여지가 있다”고 밝혔다.　​

주스의 다른 전술은 비교적 운에 좌우되지 않으며, 또한 유로파에만 국한된 것도 아니다. 위타세 박사는 미션 수행 방법의 한 예로 주스가 직접 선회하는 유일한 달인 가니메데에서 우주선의 전술이 어떻게 구현될 것인지 검토해보았다.

첫째, 가니메데 주변의 자기장을 측정하는데 오랜 시간이 걸리는 접근방식이 있다. 전기를 생산하는 많은 액체 덩어리가 가니메데의 내부에 산재해 있다면, 그것은 위성과 모행성인 목성의 자기장을 간섭할 것이며, 주스가 그것을 측정할 수 있게 해야 한다. 그러나 이 방법을 사용하려면 충분한 데이터를 확보하기 위해 주스는 목성계에 머무는 동안 전 기간을 통해 측정을 수행해야 한다. 주스의 과학장비는 1995년에서 2003년 사이에 목성계를 탐사한 NASA 우주선 갈릴레오의 관측기기와 비슷하다.

그리고 지구와 달의 중력 춤이 조수를 만들어내는 것처럼, 목성과 그 위성들의 중력 상호작용은 위성들을 잡아늘이는 영향력을 행사하는데, 위성 내부 바다의 존재 여부에 따라 이 기조력의 크기는 다를 수 있다. 만약 바다가 없다면 기조력은 위성을 1m 정도 잡아늘이지만, 바다가 있다면 그 크기는 8~10m에 이를 것으로 본다고 위타세는 밝혔다.

지구 밖에서 바다를 찾는 주스의 마지막 기술은 아마도 가장 기이하다. 이 방법은 가니메데의 극에 출현하는 오로라를 측정하는 것이다. 이 눈부신 빛은 가니메데의 극을 완전 대칭으로 돌지 않고 비스듬히 쓴 모자챙처럼 기울어져 위성 주위를 돈다.

과학자들의 모델에 따르면, 오로라 링의 흔들리는 정도는 자기장 변화에 의해 영향을 받는 위성의 내부구조에 따라 달라진다. 얼음 지각 아래에 바다가 없다면 밴드는 약 3배 더 흔들린다. 그리고 이 기술은 주스의 다른 옵션보다 적은 측정으로 가능하다.

우주 탐사에는 오랜 시간이 걸리기 때문에 이런 방법 중 어느 것도 먼 세계에 대한 과학자의 질문을 빨리 해결해주지는 못할 것이다. 주스는 2022년에 출발할 예정이며, 목성계에 도달하는 데 7년 이상 걸릴 것이다. 모든 일들이 계획대로 진행된다면 2029년에서 2033년 사이에 본격적인 관측이 이루어질 것으로 보인다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com