유로파의 표면에서 뿜어져 나오는 수증기의 강력한 증거를 탐지하다.

 

Illustration Credit: NASA, ESA, and L. Roth (Southwest Research Institute and University of Cologne, Germany)

 

그림1> 이 그래픽은 유로파의 남극에서 탐지된 수증기의 위치를 보여주고 있다.
이 수증기는 유로파의 표면에서 분출하는 물기둥이 있다는 것에 대한 첫번째 강력한 증거가 된다.
이 수증기는 2012년 12월 허블우주망원경에 의해 관측되었다.

허블이 이 물기둥을 직접 촬영한 것은 아니며 산소와 수소로부터 방출되는 오로라 복사로부터 분광학적으로 탐지한 것이다.

이 오로라는 목성의 자기장에 의해 발생한 것이다.

이번 발견은 혹한의 표면으로부터 수증기가 방출되는 위성으로는 태양계에서 두번째로 발견된 사례가 된다. 

유로파의 사진은 NASA의 보이저 호와 갈릴레오 우주탐사선으로부터 만들어진 유로파 전역 지도를 근거로 제작된 것이다.

 

유로파의 표면에서 뿜어져 나오는 수증기의 강력한 증거를 탐지하다.

 

허블 우주망원경이 목성의 위성인 유로파의 혹한 지역인 남극에서 분출되고 있는 수증기를 감지해냈다.
이번 사건은 유로파의 표면에서 분출되는 물기둥에 대한 최초의 강력한 증거를 제공해 주었다.

 

다른 탐사자료에 근거한 이전의 과학적 발견에 의하면 유로파의 얼음지각 밑에 바다가 존재할 것이라는 점이 이미 지적된 바 있었다.

 

과학자들은 아직 이번에 감지된 수증기가 유로파의 표면에서 분출된 물기둥에서 나온 것인지를 확신하지는 못하고 있지만 이 가정이 가장 가능성있는 설명이라는 점은 확신하고 있다.

 

이번 발견을 확증하기 위해 더 많은 관측이 이루어져야 하며 이를 통해 유로파가 태양계에서 수증기 분출을 일으키고 있는 두번째 위성으로 확증될 수 있을 것이다.

 

이번 발견은 12월 12일 목요일에 사이언스 익스프레스 온라인판에 개재되었으며 샌프란시스코에서 열린 미국 지구물리학협회 회의에 보고되었다.

 

이번 논문의 수석저자인 샌안토니오 사우스웨스트우주탐사연구소(the Southwest Research Institute)의 로렌츠 로스(Lorenz Roth)의 설명은 다음과 같다.

"이 수증기에 대해 지금까지 제기된 설명 중 가장 단순한 설명은 이것이 유로파 표면의 물줄기로부터 나왔다는 것입니다.
만약 이 물줄기가 유로파 지표밑의 바다와 연관된 것이라면 우리는 유로파의 지각 밑의 세계에 대해서 확신할 수 있게 되는 것이고 이는 앞으로의 탐사 계획에서 얼음층을 뚫고 들어가지 않더라도 그 화학적 구성을 직접적으로 탐사할 수 있고, 이곳에 잠재적으로 생명체의 서식이 가능한지를 확인할 수 있게 되는 셈이죠.
이건 정말 엄청나게 흥미로운 일입니다."

 

2005년 NASA의 카시니호는 토성의 달인 엔켈라두스의 표면에서 분출되어 쏟아져나오고 있는 먼지와 수증기의 제트를 탐사한 바 있다.
그러나 엔켈라두스에서는 얼음과 먼지 입자들이 연속적으로 탐지되었지만 유로파에서 탐지된 것은 오직 수증기 가스 뿐이었다.

 

허블의 분광관측기는 2012년 12월에 유로파의 분출 증거를 제시한 바 있다.

 

허블의 분광사진기에 의해 오로라 복사로부터 측정된 샘플들은 과학자들로 하여금 목성 자기권 입자들과 국부적으로 영향을 받은 가스로부터 만들어진 구조물들을 구분할 수 있도록 해 주었고, 이것이 드물게 발생하는 유성 충돌을 우연히 관측한 것 뿐이라는 이례적인 설명들을 가설에서 제외할 수 있도록 해 주었다.

 

당시 허블 분광 사진기는 유로파 남극 근처의 강력한 목성 자기장에 의해 생성된 오로라로부터 희미한 자외선을 관측한 바 있다.
산소와 수소 원자로부터 다양한 오로라의 불빛이 만들어졌고, 이 산소와 수소 원자들은 자기장을 따라 도열해 있는 전자에 의해 분리된 물분자로부터 만들어졌다는 증거를 알려주었던 것이다.

 

이번 논문의 공동저자이자 허블 관측 캠페인의 수석 과학자인 독일 쾰른 대학의 요아킴 사우어(Joachim Saur)의 설명은 다음과 같다.
"우리는 허블이 매우 희미한 복사도 관측할 수 있도록 관측 수준을 최대로 끌어올렸습니다.
이번 분출은 가시광선으로 관측하기에는 너무나 어렵고 희박했기 대문에 스텔스 물기둥이라고 할 수 있을 겁니다."

 

로스는 리니애(lineae)라고 알려져 있는 유로파 표면의 기다란 균열들이 수증기를 우주로 뿜어내는 원인이 되었을 것이라고 제안했다.
카시니호는 이미 엔켈라두스의 제트에서 이와 유사한 균열을 확인한 바 있다.

 

허블 연구팀은 유로파 분출강도도 측정했는데 엔켈라두스의 분출과 마찬가지로 분출의 강도는 공전궤도상의 위치에 따라 다양하게 나타났다.
왕성한 활동성을 띤 분출은 유로파가 목성으로부터 멀리 떨어져 있을 때만 눈에 띄었다.
그에 반해 유로파가 목성과 상대적으로 가까이 위치하는 지점에서는 일체의 분출을 탐지할 수 없었다.

 

이와 같은 변이를 설명하는 한 가지 가설은 유로파의 표면에 가해지는 중력조석력이 목성에서 멀리 떨어져 있을 때 더 크게 가해지게 되고 이때 균열이 더 크게 발생하는 것이라고 설명하고 있다.
그리고 유로파가 목성이라는 거대한 가스 행성에 가장 가까이 다가갈 때는 균열부가 좁아지거나 닫힌다는 것이다.

 

사우스웨스트우주탐사연구소(the Southwest Research Institute)의 커트 레더포드(Kurt Retherford)의 부연 설명은 다음과 같다.
"명백한 분출의 변이 양상은 유로파의 내부에 대양이 존재한다면 중력조석작용에 의해 휘어지는 강도가 훨씬 더 클 것이라는 가설을 지지해 주고 있는 셈입니다."

 

주목할 만한 것은 유로파와 엔켈라두스의 분출 모두에 풍부한 수증기가 존재한다는 유사성이 있다는 점이다.
유로파가 가지고 있는 중력은 엔켈라두스보다 약 12배 정도 더 강하기 때문에 대략 영하 40도로 측정된 수증기는 엔켈라두스와는 달리 우주공간으로 뿜어져나올 수가 없다.

 

허블이 측정한 바에 따르면 유로파 표면으로부터 분출된 수증기는 고도 200킬로미터까지 치솟았다가 다시 표면으로 떨어져내렸다.
과학자들의 가설에 따르면 바로 이러한 작용이 유로파의 남극 지역을 훨씬 더 밝게 빛나는 지대로 만들었을 것이다.

 

Artwork Credit: NASA, ESA, and K. Retherford (Southwest Research Institute)

 

그림2> 이 상상화는 태양으로부터 5억킬로미터 떨어진 목성의 위성 유로파의 얼어붙은 혹한의 표면으로부터 분출되는 것으로 생각되는 물기둥과 수증기를 그린 것이다.

허블의 분광측정 자료는 과학자들로 하여금 이 물기둥이 고도 200킬로미터까지 상승하고 있다는 것을 계산할 수 있게 해 주었으며 아마도 이렇게 상승한 물기둥은 다시 유로파의 표면에 서리처럼 내려앉고 있을 것이다.

이미 예전부터 유로파의 얼음 지각 밑에는 바다가 있을 것이라고 지목된 바 있다.

 

허블 서비스 미션에 참여한바 있으며 현재는 NASA의 국장보로 재직중인 우주비행사 존 그룬스펠드(John Grunsfeld)의 소감은 다음과 같다.
"만약 이번 논문이 사실로 밝혀지면 이는 허블 우주망원경의 능력을 다시금 보여주는 사건이 될 것이고 우리 태양계에서 생명체가 서식할만한 환경을 탐사하는 새로운 장을 여는 사건이 될 것입니다.
이번 유로파의 관측과 같이 흥미로운 발견이 있었음을 알게 되었을 때, 우리가 위험을 무릅쓰고 허블의 수리와 업그레이드에 노력을 기울인 것이 정말 가치가 있는 일이었다는 것을 알게 되었습니다."

 

* 출처 : 허블사이트 2013년 12월 12일 발표 뉴스
            http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2013/55

 

참고 : 유로파를 비롯한 목성과 목성의 달에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346946

 

원문>

그림1>

Image: Water Vapor Plumes Over Europa

ABOUT THIS IMAGE:

This graphic shows the location of water vapor detected over Europa's south pole that provides the first strong evidence of water plumes erupting off Europa's surface, in observations taken by NASA's Hubble Space Telescope in December 2012. Hubble didn't photograph plumes, but spectroscopically detected auroral emissions from oxygen and hydrogen. The aurora is powered by Jupiter's magnetic field. This is only the second moon in the solar system found ejecting water vapor from the frigid surface. The image of Europa is derived from a global surface map generated from combined NASA Voyager and Galileo space probe observations.

Image Type: Illustration

Illustration Credit: NASA, ESA, and L. Roth (Southwest Research Institute and University of Cologne, Germany)

 

News Release Number: STScI-2013-55

Hubble Space Telescope Sees Evidence of Water Vapor Venting off Jovian Moon

The full news release story:

NASA's Hubble Space Telescope has observed water vapor above the frigid south polar region of Jupiter's moon Europa, providing the first strong evidence of water plumes erupting off the moon's surface.

Previous scientific findings from other sources already point to the existence of an ocean located under Europa's icy crust. Researchers are not yet certain whether the detected water vapor is generated by water plumes erupting on the surface, but they are confident this is the most likely explanation.

Should further observations support the finding, it would make Europa the second moon in the solar system known to have water vapor plumes. The findings were published in the Thursday, Dec. 12, online issue of Science Express, and reported at the meeting of the American Geophysical Union in San Francisco.

"By far the simplest explanation for this water vapor is that it erupted from plumes on the surface of Europa," said lead author Lorenz Roth of Southwest Research Institute in San Antonio, Texas. "If those plumes are connected with the subsurface water ocean we are confident exists under Europa's crust, then this means that future investigations can directly investigate the chemical makeup of Europa's potentially habitable environment without drilling through layers of ice. And that is tremendously exciting."

In 2005, NASA's Cassini orbiter detected jets of water vapor and dust spewing off the surface of Saturn's moon Enceladus. Although ice and dust particles subsequently have been found in the Enceladus plumes, only water vapor gases have been measured at Europa so far.

Hubble's spectroscopic observations provided the evidence for Europa plumes in December 2012. Time sampling of auroral emissions measured by Hubble's imaging spectrograph enabled the researchers to distinguish between features created by Jupiter's magnetospheric particles and local enhancements of gas, and to also rule out more exotic explanations such as serendipitously observing a rare meteorite impact. The imaging spectrograph detected faint ultraviolet light from an aurora, powered by Jupiter's intense magnetic field, near the moon's south pole. Atomic oxygen and hydrogen produce a variable auroral glow and leave a telltale sign that they are products of water molecules being broken apart by electrons along magnetic field lines.

"We pushed Hubble to its limits to see this very faint emission. These could be stealth plumes, because they might be tenuous and difficult to observe in the visible light," said Joachim Saur of the University of Cologne in Germany. Saur, who is principal investigator of the Hubble observation campaign, co-wrote the paper with Roth. Roth suggested long cracks on Europa's surface, known as lineae, might be venting water vapor into space. Cassini has seen similar fissures that host Enceladus' jets.

The Hubble team found that the intensity of Europa's plumes, like that Enceladus's plumes, varies with the moon's orbital position. Active jets have been seen only when Europa is farthest from Jupiter. But the researchers could not detect any sign of venting when Europa is closer to Jupiter.

One explanation for the variability is these lineae experience more stress as gravitational tidal forces push and pull on the moon and open vents at larger distances from Jupiter. The vents are narrowed or closed when the moon is closest to the gas giant planet.

"The apparent plume variability supports a key prediction that Europa should tidally flex by a significant amount if it has a subsurface ocean," said Kurt Retherford, also of Southwest Research Institute.

Europa's and Enceladus' plumes have remarkably similar abundances of water vapor. Because Europa has roughly 12 times more gravitational pull than Enceladus, the vapor, whose temperature is measured at minus 40 degrees Celsius, does not escape into space as it does at Enceladus. Instead, it falls back onto the surface after reaching an altitude of 125 miles, according to the Hubble measurements. This could leave bright surface features near the moon's south polar region, the researchers hypothesize.

"If confirmed, this new observation once again shows the power of the Hubble Space Telescope to explore and opens a new chapter in our search for potentially habitable environments in our solar system," said John Grunsfeld, an astronaut who participated in Hubble servicing missions and now serves as NASA's associate administrator for science in Washington, D.C. "The effort and risk we took to upgrade and repair the Hubble becomes all the more worthwhile when we learn about exciting discoveries like this one from Europa."

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Dwayne Brown / J.D. Harrington
NASA Headquarters, Washington, D.C.
202-358-1726 / 202-358-5241
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Joe Fohn
Southwest Research Institute, San Antonio, Texas
210-522-4630
jfohn@swri.org

Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4514
villard@stsci.edu

 

그림2>

Image: Artist's Concept of Europa Water Vapor Plume

ABOUT THIS IMAGE:

This is an artist's concept of a plume of water vapor thought to be ejected off of the frigid, icy surface of the Jovian moon Europa, located 500 million miles from the Sun. Hubble Space Telescope spectroscopic measurements lead scientists to calculate that the plume rises to an altitude of 125 miles and then probably rains frost back onto the moon's surface. Previous findings already point to a subsurface ocean under Europa's icy crust.

Image Type: Artwork

 

Artwork Credit: NASA, ESA, and K. Retherford (Southwest Research Institute)