[아하! 우주] ‘불의 지옥’ 목성 위성 ‘이오’…화산 500일 주기로 분출

태양계에서 화산 활동이 가장 활발한 천체는 지구가 아니라 목성의 위성인 이오(Io)다. 이오는 목성의 4대 위성 가운데 가장 안쪽 궤도를 공전하는 위성으로 달보다 작은 위성이지만, 목성의 강한 중력으로 인해 내부에 마찰열이 발생해 화산 활동이 활발하다. 과학자들은 보이저 우주선을 통해 이오의 화산을 처음으로 상세히 관측했으며, 이후 목성과 그 위성에 대해 많은 데이터를 보내온 갈릴레오 탐사선의 활약으로 많은 사실을 알아냈다.

이오에는 400개에 달하는 활화산이 존재하며 그중 일부는 태양계에서 가장 거대한 화산 분출을 일으킨다. 이오의 낮은 중력과 대기가 없는 환경 때문에 화산 분출물은 150㎞ 높이까지 치솟은 후 거대한 분수처럼 주변 지역에 뿌려진다.(사진)

태양계에서 이런 거대한 화산 분출이 일어나는 천체는 이오가 유일하다. 목성권의 다른 위성은 영하 100도 아래의 차가운 얼음 세상이지만, 이오 만큼은 위성 표면에 용암이 흐르는 불의 위성이다. 미국 캘리포니아 공대 캐서린 드 클레어를 비롯한 과학자들은 하와이의 켁(Keck) 망원경 및 제미니 노스(Gemini North) 망원경을 이용해 이오에서 가장 큰 화산 중 하나인 로키 파테라(Loki Patera)를 2013년부터 2018년까지 5년에 걸쳐 관측했다. 그 결과 이 화산이 대략 500일 정도 주기로 분출한다는 사실을 확인했다. 반면 이오의 공전 주기인 1.77일의 주기 변화는 관찰되지 않았다. 연구팀은 500일 분출 주기를 설명할 수 있는 가장 가능성 높은 원인으로 목성의 다른 위성의 중력 간섭을 들었다. 태양계의 위성은 행성과 마찬가지로 약간 타원인 공전궤도를 지니고 있다. 이오 역시 거의 원형에 가까운 궤도를 돌지만, 가까이 있는 유로파와 가니메데 같은 대형 위성의 중력 간섭으로 인해 약간 타원 궤도를 공전하게 된다. 그 결과 목성에서 가까운 위치와 먼 위치에서 작용하는 중력이 달라진다. 동시에 대형 위성의 중력 영향도 궤도에 따라 달라진다. 이렇게 목성과 다른 위성의 중력 차이로 인해 이오 내부의 압력이 500일 정도 주기로 달라지는 것이 주기적 화산 분출의 원인으로 생각된다.

태양계에서 이런 독특한 화산 주기를 가진 천체는 이오 뿐이다. 물론 위성 전체가 화산 지대인 유일한 경우이기도 하다. 비록 과학자들의 관심은 내부에 액체 상태의 바다가 있고 생명체 존재 가능성이 있는 이웃 위성 유로파에 집중되어 있지만, 이오 역시 매력적인 연구 대상이다. 과학자들은 계속해서 지상과 우주의 망원경을 통해 이오를 연구하고 이 화산 위성의 비밀을 풀어낼 것이다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com