[아하! 우주] 천왕성과 해왕성의 ‘다이아몬드 비’ 우주 곳곳서 내린다

태양계 행성인 천왕성과 해왕성에서 다이아몬드가 비처럼 내리는 현상이 우주 곳곳에서 일어나고 있을 가능성이 있다는 연구 결과가 나왔다.

천왕성과 해왕성 표면 아래에는 수소와 탄소 등이 고온, 고밀도의 액체 상태로 존재한다. 그곳에서 다이아몬드가 생성돼 1만 ㎞ 이상 밑에 있는 지구 만한 크기의 암석형 핵을 향해 천천히 가라앉고 있는 것으로 추정되는 데 이를 ‘다이아몬드 비’ 현상이라고 한다.

독일 헬름홀츠젠트룸 드레스텐로젠도르프 연구소(HZDR) 등 국제 연구진은 일반적인 플라스틱을 사용한 실험으로 다이아몬드 비 현상을 재현하는 데 성공했다고 밝혔다.

연구진은 “수소와 탄소에 산소가 더해지면 다이아몬드 비 현상은 지금까지 예상보다 일반적일 가능성이 있다”고 지적했다. 태양계 밖에는 천왕성이나 해왕성과 같은 거대한 얼음 행성이 가장 많이 존재하는 것으로 여겨진다. 따라서 다이아몬드 비 현상은 우주 곳곳에서 일어나고 있을 가능성이 있다는 게 연구진의 설명이다.

연구에 참여한 HZDR 소속 물리학자인 도미니크 클라우스 박사는 “다이아몬드 비는 지구상에서 내리는 비와 전혀 다르다”고 설명했다.

클라우스 박사는 “다이아몬드는 수백 ㎞ 이상에 걸쳐 광범위한 층을 형성할 수 있다. 다이아몬드라고 해도 아름다운 보석처럼 빛날 가능성은 낮지만, 생성되는 구조는 지구의 것과 같다”고 말했다.

연구진은 다이아몬드 비 현상을 재현하고자 탄소와 수소, 산소의 혼합물로 식품 포장용기와 페트병에 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 준비했다.

실험에 쓴 PET는 연구 목적으로 완전히 새로 만든 것이다. 클라우스 박사는 “이론적으로 콜라 페트병을 써도 실험할 수 있을 것”이라고 말했다.

연구진은 미국 캘리포니아주 스탠퍼드 국립가속기연구소(SLAC)에서 해당 플라스틱에 고출력 레이저를 조사했다. 극히 밝은 엑스(X)선을 매우 빠르게 조사해 맨눈으로는 보이지 않는 입자상 나노 다이아몬드가 생성되는 과정을 관찰하는 데 성공했다.

클라우스 박사는 “천왕성이나 해왕성 같은 행성에는 산소가 다량 존재해 탄소로부터 수소 원자를 빼앗기가 쉽다. 그만큼 다이아몬드가 만들어지기 쉽다”고 말했다.

실험은 나노 다이아몬드의 새로운 제조법 개발 가능성도 보여준다. 나노 다이아몬드의 용도는 폭넓게 약효 성분을 조절하는 약물 전달 기술이나 비침습성 수술, 양자전자 기술 등에도 이용된다.

자세한 연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 최신호(2일자)에 실렸다.