태양계 7대 비경 - 3.살아있는 위성 이오

승객 여러분.

여러분들께 한 장의 사진을 보여드리겠습니다.

 

 

 

1900년대 초반 지구에는 퍼시벌 로웰(Percival Lowell)이라는 백만장자가 있었습니다.
이 백만장자는 자신의 사재를 털어 플랙스테프라는 도시의 언덕에 자신의 천문대를 만들고 저희가 다음코스로 방문하게 될 화성을 24인치 굴절 망원경으로 관측했습니다.

그리곤 화성 표면에 보이는 수많은 빗금들에서 운하의 모습을 연상하였습니다.

 

로웰은 이를 계절마다 늘어나고 줄어들기를 반복하는 극관으로부터 황량한 적도 지방으로 식수를 운반하는 운하라고 결론짓고 한 행성 전체에 걸쳐 장대한 운하를 건설하는 화성인들은 분명 당시 지구인류보다도 발달된 문명을 가지고 있을 것이라고 생각하게 됐죠.

 

당시 지구에서 화성은 육안으로도 쉽게 볼 수 있는 붉은 행성이었습니다.
고대인들은 1년내내 붉은 색을 보이고 있는 이 행성이 전쟁의 화염에 휩싸여 있다고 생각하고 전쟁의 신 마르스(Mars)의 이름을 이 행성에 붙여주게 되었죠.

 

하늘에 분명하게 보이는 또 다른 세계에 우리가 알지 못하는 문명이 있다면, 그 세계와 우리 사이를 가로지르고 있는 공간은 당연 가로질러야할 장애물로 여겨졌을 겁니다.

 

인류는 화성진출과 함께 화성에서 만나게 될 또 하나의 세계, 또 하나의 인류에 대한 꿈을 키웠고, 그 꿈은 1965년 마리너 4호 우주선이 화성을 근접비행하면서 현실로 이루어지게 되었습니다.

 

그러나 막상 가까이서 바라본 화성은 생명은 커녕 강한 태양자외선에 산화된 붉은 흙먼지가 휘날리는 삭막한 공간에 지나지 않았습니다.

꿈이 좌절되는 한편, 이 광활한 우주에 숨쉬고 살아가는 생명체는 우리들 뿐인지도 모른다는, 그리고 하늘에 떠 있는 모든 천체는 생명을 보듬어내지 못하는 불모의 세상일 뿐일지도 모른다는 두려움과 적막감이 엄습했죠.

 

바로 이 느낌을 공유하실 수 있다면 태양계에서 활발한 생명력을 발휘하고 있는 어떤 세계를 보이저 1호가 포착했을 때의 지구인들의 감격을 이해하실 수 있으실 겁니다.

 

바로 그 어떤 세계가 여러분 앞에 보이는 목성의 위성 '이오'입니다.

 

이오는 왕성한 화산활동으로 차갑게 얼어붙은 정적인 행성과 위성들 사이에서 생명력을 뿜어내고 있는 지구 외의 유일한 태양계의 천체였던 것입니다.

제가 처음에 보여드린 사진이 고도 260킬로미터 지점까지 화산분출물이 솟아오르고 있는 '이오'의 모습을 촬영한 최초의 사진으로서 1979년 3월 8일 보이저 1호가 이오로부터 450만 킬로미터 거리에서 촬영한 것입니다.

 

그럼 지금부터 살아있는 천체, 살아있는 위성 이오의 세계로 승객여러분을 안내하겠습니다.

지금 저희의 전방 272만 킬로미터 앞에 이오가 보이고 있습니다.

 

 

 

한 눈에 볼 수 있는 이오의 특징이라면, 검은 점들이 여러개 보인다는 것과 이들을 좀더 밝아 보이는 물질들이 고리처럼 둘러싸고 있다는 점입니다.

 

지금 우리의 위치에서 눈에 보이는 가장 작은 검은 점의 지름은 대략 30킬로미터입니다.
왼쪽 아래로 보이는 가장 큰 규모의 검은 점은 그 지름이 400킬로미터에 달합니다.

 

인상적으로 보이는 것은 오른쪽 상단에 마치 하트 모양으로 보이는 이오의 분지입니다.
그 지름이 긴 쪽으로는 1000킬로미터에 달하는 이 분지 중앙의 검은 점은 우리가 좀더 가까이 다가간다면 크레이터 자국인지, 아니면 바로 우리가 보고자 하는 화산의 흔적인지 알 수 있게 될 것입니다.
 

 

승객여러분 지금 저희는 이오에 80만 킬로미터 거리까지 접근하고 있습니다.

 

 

 

1.77일 간격으로 자전과 공전을 같이 하는 이 위성에서, 활발한 화산활동이 진행중인 이오가 그 모습을 드러내고 있습니다.

 

하단에 화살 활동 지대를 좀더 상세히 보여주는 화면에는 위쪽의 자마마(Zamama) 화산과 아랫쪽의 프로메테우스(Prometheus)화산이 선명하게 나타나고 있습니다.
각 화산이 뿜어내고 있는 화산 분출물의 높이는 무려 100킬로미터에 달하고 있습니다.

 

 

 

지금 저희는 이오상공 60만 킬로미터 지점을 진입하고 있습니다.

수많은 화산활동으로 마치 상처투성이인 듯 보이는 이오의 모습이 선명히 드러나고 있습니다.

그럼 이오에 접근을 계속하면서 이오의 주요 화산에 대해 설명드리겠습니다.

여러분의 전면을 보시면 주요 화산이 표시된 이오의 모습을 보실 수 있습니다.

 

 

이오에서 가장 인상적이고 가장 거대한 규모를 자랑하는 화산은 정 중앙에 보이는 '펠레'라는 이름의 화산입니다.
그리고 화산 주위를 선명하게 휘감고 있는 고리는 지름 1400킬로미터의 장대한 화산 분출물의 고리로서

이정도 크기로 화산 분출물이 쌓였다는 것은 펠레가 화산폭발을 일으킬때 그 분출물이 무려 390킬로미터 상공까지 솟아올랐음을 말해줍니다.

 

이에 못지 않은 분출고리가 오른쪽 사진에서 상단 우측에 치우쳐 보이는 츠바쉬타르 카테나(Tvashtar Catena) 화산지대의 분출고리입니다.

이 분출 고리 역시 이 정도 규모의 고리라면 펠레에 못지않은 385킬로미터 상공까지 분출물이 솟아올랐음을 의미합니다.

 

펠레 화산의 왼쪽 상단으로는 검은 고리 모양의 로키 화산이 보입니다.

저희 셔틀 세이건은 로키 화산쪽으로 우선 접근하여 왕성한 생명력이 가득차 있는 이곳 이오의 화산 모습을 상세히 보여드리도록 하겠습니다.

 

지금 저희는 거대한 화산 분지와 수많은 화산 칼데라들, 그리고 용암의 흐름이 선명히 보이는 활성 용암 호수 로키 파테라 상공에 도착했습니다.

 

 

 

로키 화산은 1979년 보이저 1호의 역사적인 탐사가 있은 이후 지금까지 계속 활성상태를 유지하고 있는 화산입니다.

이 화산지대는 주로 황이 주요 성분을 이루며 이산화황의 고형물과 이산화황으로 덮힌 규산염으로 덮혀 있습니다.

군데군데 하얀색으로 보이는 것이 이산화황의 고형물입니다.
멀리서부터 우리의 눈길을 끌었던 검은 원형의 점은 유황용암입니다.
규산으로 이루어진 마그마와 유항용암이 함께 녹아 고여있는 모습입니다.

 

 

아. 승객 여러분, 정말 반가운 소식이 하나 있습니다.

지금 펠레화산의 화산분출이 탐지됐습니다.
기수를 펠레화산으로 돌려 이 광경을 바로 관람하실 수 있도록 하겠습니다.

이오의 화산 분출이 그리 드물게 일어나는 현상은 아닙니다만, 특히 이오의 최대 화산 펠레의 분출 현상을 보는 것은 어느정도 운이 따라줘야만 가능한 것입니다.
이번에 셔틀 세이건에 탑승한 여러 승객분들 모두가 항상 행운이 따라주시는 분들인 것 같네요.

 

그럼 전방에 장대한 규모로 발생하고 있는 펠레 화산의 분출을 감상하시기 바랍니다.

 

 

 

지금 저희 관측기기에 수신되고 있는 정보에 의하면 현재 펠레 화산의 용암분출 기둥은 300킬로미터 고도까지 솟아오르고 있는 것으로 측정되고 있습니다.
이렇게 솟아오른 분출물들이 우산모양으로 주변에 다시 눈처럼 낙하하고 있군요.

현재 이 낙진들이 뒤덮고 있는 지역의 너비가 지구의 알레스카 정도의 광활한 너비로 계산되고 있습니다.

 

다른 행성이나 위성들과 달리 유독 이 조그만 위성 이오에서 이처럼 활발한 화산 활동이 발생하는 이유가 무엇일까요?

 

이오의 화산 활동 기재는 우리 행성에서의 화산 활동 기재와는 완전히 다릅니다.
우리가 일반적으로 알고 있는 화산활동이란, 기본적으로 판구조를 가지고 있는 지각이 지각활동에 의해 끊임없이 움직이고 이 지각활동에 의해서 가열된 마그마가, 특정 지점을 뚫고 분출되는 현상을 가리킵니다.

 

그러나 이오는 여러분들께서 보시다시피 판 구조를 가진 천체가 아닙니다.
따라서 지각의 흐름도, 지각간의 충돌과 마찰도, 그로인한 지진이나 마그마 분출도 존재하지 않습니다.

이오의 화산 활동은 이오 자체보다는 자신의 행성 목성에 그 이유가 있습니다.

목성으로부터 50만킬로미터 거리로 가장 가까운 궤도를 공전하고 있는 이오는 목성이라는 거대 행성이 행사하는 중력의 영향을 받아 공전과 자전을 반복하는 동안 목성의 중력에 의해 위성 자체가 '쥐어짜이는' 효과를 받게 됩니다.

 

저희 행성에서 달에 의해 바닷물의 밀물과 썰물이 발생하는 현상을 생각하시면 되겠습니다.
조그만 달의 중력이 행성 표면의 물을 한곳으로 모으는 효과를 발생시키는 것처럼, 거대한 행성 목성은 가까운 위성 이오의 지각을 쥐어짜면서 내부에 격렬한 지각 용해 현상을 발생시키고 이로부터 고온으로 끓어오르게 된 마그마가 이오의 지각을 뚫고 올라오는 것입니다.

 

그러면 저희 우주선의 고도를 높여 펠레의 분출기둥 상공으로 움직여 보도록 하겠습니다.

 

 

그 사이 새로운 화산의 분출이 펠레화산 주변의 분출물 퇴적층을 새로 형성시켰군요.

처음 이오에 접근하시면서 보신 펠레 화산의 주변 분출물보다 훨씬 큰 규모의 퇴적층 고리가 형성되어 있습니다.

이오는 이처럼 활발한 지각활동으로 계속 지표의 모습을 바꾸는 태양계에서 지구외 유일한 암석질 천체입니다.

 

 

 

지금 화면에서 보시는 것은 저희가 한 달 전에 앞서 승객분들을 모시고 이오를 방문했을 때 스캐닝한 이오의 표면과 지금 스캐닝한 이오의 표면을 비교한 모습입니다.
짧은 시간의 차이지만 눈썰미가 있으신 분들이라면 그 사이 모습을 바꾼 이오의 지표를 찾아보실 수 있으실 것입니다.

다시 펠레 화산의 모습으로 돌아가보죠.

펠레화산의 분출물 고리가 오른쪽에 보이는 소규모 화산 마둑(Marduk)까지 뻗어 있는 모습이 보입니다.
이는 초기 펠레화산의 분출기둥이 고도 600킬로미터까지 치솟았음을 암시합니다.

아마도 화산 활동이 감지된 처음 분출에서 이처럼 높은 고도까지 화산 분출이 발생한 듯 합니다.

 

이오의 격렬한 화산 활동은 목성 주변을 뭔가 특색있는 구조로 바꾸는 역할도 합니다.

바로 고에너지 이온대를 형성시킨다는 점인데요.

일반적으로 목성과 같은 가스행성은 거대한 규모에 걸맞는 거대한 자기장을 형성하고 있습니다.
그런데 과학자들의 관측 결과 목성의 자기장에는 태양이나 목성 상층대기에서 유발되는 입자보다 훨씬 많은 수의 입자가 존재하고 있었으며, 바로 이 초과분의 입자가 왕성한 활동을 보여주고 있는 이오에서 쏟아져나온 황과 이산화황에 의해 유입된 산소 원자와 황원자 이온으로 밝혀졌습니다.

결국 이오 궤도 주변을 따라 도넛 모양으로 전자 입자의 저장소가 형성되었음을 알 수 있었고(이를 토러스(Torus)라 함), 이곳에 우글되는 고에너지 이온이 저희와 같은 우주선에 충돌하면 고에너지 X선을 방출하여 기기나 생명체에 치명적인 영향을 주게 됩니다.

 

물론 지금의 행성탐사선은 약중력자 장갑기능에 의해  지금 승객여러분들과 같이 안전한 행성간 여행을 가능하게 해 주고 있습니다.

지금 화면에는 저희가 처음 이오에 접근했을 때와, 화산 분출 후 지금 펠레 화산의 변화 모습이 확대 영상으로 나타나고 있습니다.

 

 

방사상으로 검은 빗금이 쳐져 있는 칼데라 구조를 통해 좀더 협소하게 변한 분화구의 모습과 함께 훨씬 멀리까지 확장되어 쌓여 있는 분출물 고리를 확인하실 수 있을 것입니다.  

승객여러분 저희 셔틀 세이건은 다시 고도를 낮추어 츠바쉬타르 카테나(Tvashtar Catena)로 접근하고 있습니다.

 

 

 

일련의 거대한 화산 칼데라가 위치하는 이 지역은 역시 일련의 왕성한 분출활동이 발생하는 지역이기도 합니다.
왼쪽으로 보이는 하얀색과 오렌지 색 지역은 새로 분출한 용암을 적외선 복사영역에서 촬영한 것입니다.

역시 왼쪽으로 두 개의 작고 밝은 점이 보이실 것입니다.
이는 용암의 흐름 끄트머리에서 용해된 암석이 지표에 노출된 것입니다.
검은 색으로 보이는 것은 모두 용암호수입니다.

 

그럼 계속 이오 궤도를 낮게 돌면서 이오의 주요 화산지대 모습을 탐방해 보도록 하겠습니다.

 

 

 

지금 보시는 것은 프로메테우스 화산에서 피어오르는 연기 옆에 형성된 칼데라의 장관입니다.
좀더 상세한 모습을 보여드리기 위해 칼데라 부분은 근적외선 필터를 사용하여 촬영하고 있습니다.
현재 저희는 이오의 1만 2천 킬로미터 상공에 위치하고 있습니다.

 

칼데라는 화산 폭발에 의해 길이 28킬로미터, 너비 14킬로미터로 지질이 함몰되면서 생겨난 것입니다.
황의 낙진이 마치 눈처럼 쌓여 있는 모습을 볼 수 있습니다.

 

지금 저희 앞에는 이오 최대의 활성 용암 분지인 아미라니(Amirani) 용암분지가 보이고 있습니다.

 

 

이 지역 역시 여러 화산이 몰려 있는 화산지대인데,  저희 앞에 보이는 용암의 흐름은 하나의 단일 용암 지류로 폭은 약 120킬로미터, 길이 약 400킬로미터로에 이르는 이오 최대규모를 자랑하고 있는 용암의 강입니다.

 

용암은 남쪽에서 분출되어 북쪽으로 흐르고 있습니다.
남쪽으로 어두운 용암지대를 둘러싸고 있는 하얀색의 방사상 하일로는 이산화황을 풍부하게 함유하고 있는 용암분출물의 낙진에 의해 형성된 것입니다.

 
지금 보시는 것은 투판 파테라(Tupan Patera)입니다.

 

 

지름 75킬로미터의 화산 침식 지대이며, 이를 둘러싸고 있는 계곡의 높이는 900미터에 달합니다.
검게 보이는 것이 아직 열기가 식지않은 용암이며, 노란색으로 보이는 것은 황의 각종 합성물 퇴적층이고, 붉은 유황이 용암과 섞이는 부분이 군데군데 초록색으로 보이고 있습니다.

이번에는 쿨란-토힐 지대(Culaan-Tohil)가 여러분 앞에 펼쳐집니다. 

 

 

상단에 보이는 것은 쿨란 파테라 활화산으로 가장 다채로운 색감을 보여주는 화산입니다.

쿨란 화산은 검은색과 붉은 색의 용암을 만들어내고 있으며, 폭발기둥으로부터 나온 붉은 색과 노란색 빛의 황 입자들이 주변을 방사상으로 애워싸고 있습니다.

쿨란 화산 바로 아래라는 토힐 몬스(Tohil Mons)라 불리는 6킬로미터 높이의 화산이 자리잡고 있습니다.

 

쿨란과 토힐의 내부에 공통적으로 보이는 초록색은 붉은색 유황이 규산염 용암위에 쌓이면서 나타나게 되는 색입니다.

토힐의 남서쪽에 보이는 광활한 백색지대는 이산화황이 쌓여 있는 곳으로 이곳에는 비교적 저온의 이산화황 흐름이 존재하는 것으로 추정되고 있습니다.
 

승객여러분
지금부터 저희 셔틀 세이건은 이오의 야간 반구를 돌아 이오궤도를 벗어나게 됩니다.

 

오늘은 예정대로 유로파 중계기지에서 15시간동안 기착을 하게 되며, 내일 드디어 태양계의 내행성계로 진입하여 화성으로 향하게 됩니다.

역시 장시간의 여행이 될 것이므로 오늘 편안한 휴식을 취하시기 바라며, 마지막으로 이오 대기의 가스와 목성 자기장에 걸려든 대전입자간의 충돌이 빚어내는 이오의 찬란한 오로라를 감상하시며 이오와 아쉬운 작별 인사를 나누시기 바랍니다.

 

 

 

 

 

1. 사진 출처 : 본 내용에 실린 사진의 출처는 다음과 같습니다.(상단사진부터)
    http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA00379 ( 촬영 : 보이저 1호 )
    http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA01986 ( 촬영 : 보이저 1호 )
    http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA01652 ( 촬영 : 갈릴레오 호 )
    http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA01081 ( 촬영 : 갈릴레오 호 )
    http://ciclops.org/view.php?id=84&js=1 ( 촬영 : 카시니호 & 갈릴레오 호 )
    http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA00320 ( 촬영 : 보이저 1호)
    http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA00323 ( 촬영 : 보이저 1호)
    http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA01112 ( 촬영 : 갈릴레오 호 )
    http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA01063 ( 촬영 : 갈릴레오 호 )
    http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA00717 ( 촬영 : 갈릴레오 호 )
    http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA02550 ( 촬영 : 갈릴레오 호 )
    http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA02508 ( 촬영 : 갈릴레오 호 )
    http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA02567 ( 촬영 : 갈릴레오 호 )
    http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA02599 ( 촬영 : 갈릴레오 호 )
    http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA03885 ( 촬영 : 갈릴레오 호 )
    http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA01637 ( 촬영 : 갈릴레오 호 )

2. 참고 서적
    - 코스모스, 칼세이건, 홍승수 역, (주) 사이언스 북스, 2004년.
    - 우주로의 여행 I, 앤드류 프랭크노이, 데이비드 모리슨, 시드니 울프 공저, 윤홍식 외 8명 역, 청범출판사, 1998년
    - 탐사선이 바라본 태양계의 모든 것, Newton Highlight, 2009년

 

3. 목차

   Prologue
   1경 - 토성의 고리
   2경 - 목성의 대적반

   3경 - 살아있는 위성 이오 : 현재글
   4경 - 올림포스 화산과 마리나 협곡
   5경 - 금성의 찬란한 광채와 용암예술
   6경 - 미란다 : 태양계를 생성시킨 격렬한 파괴의 흔적
   7경 - 창백한 푸른점