엘켈라두스에서 탐지된 표면 밑 바다

 

Image Credit: NASA/JPL-Caltech

 

남극에서 수증기와 얼음을 분출해내고 있는 토성의 위성 엔켈라두스에 대한 NASA 카시니호와 심우주 네트워크의 중력 측정결과, 얼음 표면 밑에 대량의 바다를 품고 있다는 사실이 밝혀졌다.

 

엘켈라두스에 탐지된 표면 밑 바다

 

NASA의 카시니호와 심우주 네트워크가 토성의 위성인 엔켈라두스의 지하에 상당한 양의 액체 물로 된 대양을 품고 있다는 증거를 발견하였다.
이는 더 나아가 이곳에 외계의 미생물체가 존재할지도 모른다는 과학적 호기심을 불러일으키고 있다.

 

과학자들은 이 위성의 내부에 물이 존재할 것이라는 것을 카시니호가 엔켈라두스의 남극에서 얼음과 수증기가 분출하는 모습을 발견했던 2005년 이론화 한 바 있다.
이번 새로운 데이터는 엔켈라두스의 내부구조에 대한 첫번재 지구물리학적 측정 자료를 제공해주고 있으며, 이 데이터는 그 내부에 숨겨진 대양의 존재가 있다는 사실로 구성되어 있다.

 

중력 측정치로부터 도출된 이번 발견은 4월 4일 금요일 사이언스지에 개재되었다.

 
이번 논문의 공동저자이자 NASA 제트추진연구소 소속인 새미 아스마르(Sami Asmar)의 설명은 다음과 같다.
"우리가 중력 변이를 추론한 방법은 도플러 효과라 불리는 물리적 개념이었습니다. 

이는 속도를 측정하는 레이더 건과 같은 원리이죠.
우주선이 엔켈라두스를 근접통과하며 가속을 얻을 때, 그 속도는 중력장의 변이에 의존한 운동량의 혼란을 발생시키게 되는데, 우리가 측정하려 한 것이 바로 이것입니다.
우리는 태양계 전역으로 뻗어나가는 라디오파의 진폭 변화를 지상에서 수신받았고, 이로써 속도의 변화양상을 볼 수 있었답니다."
 

이 중력 측정치는 대략 30~40킬로미터 두께의 얼음 밑에 대략 10킬로미터 깊이의 바다가 부분 부분에 대규모로 존재한다는 점을 말해주고 있었다.

지하에 존재하는 대양의 증거는 엔켈라두스가 우리 태양계에서 미생명체를 보유할 수 있는 가장 가능성 있는 장소에 포함될 수 있다는 점을 알려주고 있다.

 

카시니호가 2004년 7월 토성에 도착하기 전에는 이 위성의 지름이 500킬로미터가 채 되지 않는다는 것을 포함하여 그 어떤 단순한 설명도 존재하지 않았다.

 

이번 논문의 공동저자중 한 명인 캘리포니아 기술 연구소의 데이비드 스티븐슨(David Stevenson)은 바로 이것이 우리가 엔켈라두스의 남극에서 볼 수 있듯, 왜 균열부에서 물이 뿜어져나오는지를 설명할 수 있는 개연성을 제공해주고 있다고 말했다.

 

카시니호는 지금까지 19번 엔켈라두스를 근접 통과했다.
그리고 2010년부터 2012년까지 세 번의 근접 통과가 이루어지는 동안 정확한 궤도 측정치가 도출되었다.

 

엔켈라두스와 같은 행성체의 중력작용은 우주선의 비행 궤도를 변경시키게 된다.
천체 표면의 산맥이나 지질 구성성분의 차이에서 발생하는 것과 같은 중력장의 변이는 우주선의 속도 변화로서 지구에서 측정될 수 있다.

 

카시니호와 심우주 네트워크 간에 이루어지는 라디오파의 분석 기술은 시간당 30.48센티미터 이하의 속도 변화까지도 탐지해낼 수 있다.

이러한 정확도를 기반으로 도출된 근접 통과 데이터는 엔켈라두스의 남극 내부 지역이 다른 지역의 내부보다 좀더 높은 밀도를 가지고 있다는 증거를 도출하였다.

 

엔켈라두스의 남극은 침하된 지반을 가지고 있으며 이는 국부적인 중력의 저하를 유발시킨다.
그러나 이러한 중력 저하의 정도는 침하지역의 크기를 기반으로 예상된 것보다 훨씬 정도가 작았는데, 이로부터 과학자들은 이 지역 표면 밑에 고밀도 구조로 인해 부분적인 상쇄가 발생한다는 결론을 이끌어냈다.

 

이번 논문의 수석 저자인  로마 사피엔자 대학의 루치아노 이에스(Luciano Iess)의 설명은 다음과 같다.
"카시니호의 중력 측정치는 엔켈라두스의 남극에서 변칙적으로 음의 중력이 발생한다는 것을 보여주고 있습니다.
이것은 카시니호에 탑재된 카메라가 탐지해낸 깊은 침하로부터 예측되는 수준처럼 큰 값은 아니었죠.
따라서 이곳에는 반드시 깊숙한 곳에 보다 밀도가 높은 물질들이 모여있고, 이 물질들이 잃어버린 질량을 보완하고 있다는 결론을 도출하게 된 것이랍니다.
이것은 액체상태의 물일 확율이 높은데 물은 얼음보다 7%정도 밀도가 더 높죠.
이 변칙적인 중력변이 정도가 우리에게 물이 저장되어 있는 규모에 대한 정보를 제공해 주었습니다."

 

엔켈라두스의 남극 균열부를 통해 분출되는 물줄기가 표면 아래의 대양으로부터 공급된다는 점에 대한 확증은 존재하지 않지만 과학자들은 이것이 실재로 가능하다고 추론하고 있다.

엔켈라두스의 균열부는 엔켈라두스가 토성 주위를 이심궤도로 공전함에 따라 반복적인 수축을 겪으면서 조석력을 근거로 하는 가열양상에 의해 만들어졌을 것으로 보인다.

 

카시니호가 발견한, 습한 환경으로부터 발생했을 가능성이 있는 엔켈라두스의 수증기 분출에서 가장 흥미로운 것은 이 환경이 미생물들에게는 대단히 선호되는 환경일 가능성이 있다는 것이다.

 

JPL의 카시니 프로젝트 과학자인 린다 스필커(Linda Spilker)의 소감은 다음과 같다.
"엔켈라두스의 남극에서 분출된 제트로부터 분석된 엔켈라두스의 물질에는 염분이 있는 물과 유기분자가 포함되어 있습니다.
이것은 생명체가 생성될 수 있는 기초적인 화학적 재료들입니다.
이들의 발견은 우리 태양계와 다른 외계행성계의  '생명체 거주 가능지역'에 대한 우리의 식견을 확대해 주었고, 분출 제트 아래에 물로 구성된 대양에 대한 이번 새로운 검증은 이 흥미로운 환경에 대한 우리의 이해의 폭을 넓혀주었습니다."
 
* 출처 : NASA Solar System Exploration 2014년 4월 3일 News Release
         http://solarsystem.nasa.gov/news/display.cfm?News_ID=46932

 

참고 : 토성과 토성의 위성에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 확인할 수 있습니다. 
          https://big-crunch.tistory.com/12346948
        

원문>

NASA Space Assets Detect Ocean inside Saturn Moon
3 Apr 2014
(Source: NASA/JPL-Caltech)

NASA's Cassini spacecraft and Deep Space Network have uncovered evidence Saturn's moon Enceladus harbors a large underground ocean of liquid water, furthering scientific interest in the moon as a potential home to extraterrestrial microbes.

Researchers theorized the presence of an interior reservoir of water in 2005 when Cassini discovered water vapor and ice spewing from vents near the moon's south pole. The new data provide the first geophysical measurements of the internal structure of Enceladus, consistent with the existence of a hidden ocean inside the moon. Findings from the gravity measurements are in the Friday, April 4 edition of the journal Science.

"The way we deduce gravity variations is a concept in physics called the Doppler Effect, the same principle used with a speed-measuring radar gun," said Sami Asmar of NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Calif., a coauthor of the paper. "As the spacecraft flies by Enceladus, its velocity is perturbed by an amount that depends on variations in the gravity field that we're trying to measure. We see the change in velocity as a change in radio frequency, received at our ground stations here all the way across the solar system."

The gravity measurements suggest a large, possibly regional, ocean about 6 miles (10 kilometers) deep, beneath an ice shell about 19 to 25 miles (30 to 40 kilometers) thick. The subsurface ocean evidence supports the inclusion of Enceladus among the most likely places in our solar system to host microbial life. Before Cassini reached Saturn in July 2004, no version of that short list included this icy moon, barely 300 miles (500 kilometers) in diameter.

"This then provides one possible story to explain why water is gushing out of these fractures we see at the south pole," said David Stevenson of the California Institute of Technology, Pasadena, one of the paper's co-authors.

Cassini has flown near Enceladus 19 times. Three flybys, from 2010 to 2012, yielded precise trajectory measurements. The gravitational tug of a planetary body, such as Enceladus, alters a spacecraft's flight path. Variations in the gravity field, such as those caused by mountains on the surface or differences in underground composition, can be detected as changes in the spacecraft's velocity, measured from Earth.

The technique of analyzing a radio signal between Cassini and the Deep Space Network can detect changes in velocity as small as less than one foot per hour (90 microns per second). With this precision, the flyby data yielded evidence of a zone inside the southern end of the moon with higher density than other portions of the interior.

The south pole area has a surface depression that causes a dip in the local tug of gravity. However, the magnitude of the dip is less than expected given the size of the depression, leading researchers to conclude the depression's effect is partially offset by a high-density feature in the region, beneath the surface.

"The Cassini gravity measurements show a negative gravity anomaly at the south pole that however is not as large as expected from the deep depression detected by the onboard camera," said the paper's lead author, Luciano Iess of Sapienza University of Rome. "Hence the conclusion that there must be a denser material at depth that compensates the missing mass: very likely liquid water, which is seven percent denser than ice. The magnitude of the anomaly gave us the size of the water reservoir."

There is no certainty the subsurface ocean supplies the water plume spraying out of surface fractures near the south pole of Enceladus, however, scientists reason it is a real possibility. The fractures may lead down to a part of the moon that is tidally heated by the moon's repeated flexing, as it follows an eccentric orbit around Saturn.

Much of the excitement about the Cassini mission's discovery of the Enceladus water plume stems from the possibility that it originates from a wet environment that could be a favorable environment for microbial life.

"Material from Enceladus' south polar jets contains salty water and organic molecules, the basic chemical ingredients for life," said Linda Spilker, Cassini's project scientist at JPL. "Their discovery expanded our view of the 'habitable zone' within our solar system and in planetary systems of other stars. This new validation that an ocean of water underlies the jets furthers understanding about this intriguing environment."

The Cassini-Huygens mission is a cooperative project of NASA, the European Space Agency and the Italian Space Agency. JPL manages the mission for NASA's Science Mission Directorate in Washington. For more information about Cassini, visit: http://www.nasa.gov/cassini and http://saturn.jpl.nasa.gov

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Jane Platt
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
818-354-0880
jane.platt@jpl.nasa.gov

Dwayne Brown
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dwayne.c.brown@nasa.gov

Brian Bell
California Institute of Technology, Pasadena
626-395-5832
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2014-103