로제타 호 : 바다의 기원에 대한 논쟁을 다시 불러일으키다.

 

Image Credit: ESA/Rosetta/NAVCAM

 

사진> 이 사진은 2014년 11월 20일 67P/추류모프-게라시멘코 혜성의 중심으로부터 31킬로미터 거리에서 NAVCAM으로 촬영된 4개의 사진을 이어붙인 것이다.  사진의 혜상도는 픽셀당 3미터이다.

 

로제타호가 지구 바다의 기원에 대한 논쟁을 다시 불러일으키다.

 

바다의 기원은 지구의 형성과 생명의 기원에 관한 가장 중요한 질문 중 하나이다.

이에 대한 가장 잘 알려져 있는 이론은 물이 혜성이나 소행성의 충돌에 의해 유입됐다는 것이다.

 

로제타 호에 장착된 ROSINA(the Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis)에 의한 분석 데이터는 지구의 물이 67P/추류모프-게라시멘코와 같은 혜성으로부터 유입된 것이 아니라는 점을 말해주고 있다.

 

이번 발견은 2014년 12월 10일 사이언스 저널에 개재되었다. 

 

과학자들은 물이 행성 형성의 마지막 단계에 작은 천체들에 의해 지구로 유입되었을 것이라는 점에 동의하고 있다.

그렇지만 이러한 일에 어느 계보에 속하는 혜성들이 개입되었는지는 명확하지 않다.

여기에는 3가지 혜성족들이 고려될 수 있는데, 하나는 목성 궤도 지역에 존재하는 소행성과 같은 작은 천체들이며, 또다른 하나는 해왕성 궤도 안쪽에서 형성된 오르트 구름 혜성족, 그리고 해왕성 궤도 바깥쪽에서 형성된 카이퍼 벨트 혜성족이 그것이다.

 

물이 어디로부터 기원했는지를 결정하는 핵심고리는 중수소 듀테륨의 수치로 측정되는 동위원소의 특징에 있다.

 

서로 다른 물질에서 수소에 대한 듀테륨의 비율을 비교함으로써 과학자들은 이 물질들이 어디에서 기원하였는지를 식별해낼 수 있다.

지구의 바다와 다른 천체에서 수소에 대한 듀테륨 비율(D/H ratio, 이하 D/H 비율)을 비교함으로써, 과학자들은 바다의 기원을 식별해낼 수 있게 되는 것이다.

 

로제타호에 장착된 ROSINA를 이용하여 67P/추류모프-게라시멘코 혜성의 수증기 조성을 분석한 결과 이 비율은 지구와는 현저하게 다른 양상을 보였다.

이 혜성에서 나타난 D/H 비율은 지구에서 나타나는 비율보다 3배 이상의 높은 비율을 보였다.

이는 태양계에서 측정된 비율로서는 가장 높은 측정치에 해당한다.

 

이러한 사실은 67P/추류모프-게라시멘코와 같은 혜성의 물이 지구의 물과는 완전히 다르다는 것을 의미한다.

D/H 비율은 듀테륨이라 불리는 중수소 동위원소의 비율로서 이는 가장 일반적인 수소 동위원소이다.

이 비율은 행성의 역사에서 서로 다른 단계를 비교할 수 있는 표지를 제공해 주기도 한다.

 

네덜란드 누르드비크에 위치하고 있는 ESA 기술 센터 로제타 프로젝트 과학자인 맷 테일러(Matt Taylor)의 소감은 다음과 같다.
"이 혜성에 대한 로제타호의 분석자료가 항상 우리에게 놀라움을 안겨준다는 것은 익히 알고 있는 사실입니다.
우리 태양계의 과학에 있어 보다 큰 그림이 되는 이번 놀라운 관측은 확실히 지구의 물이 어디에서 왔는지에 대한 논쟁에 불을 붙이는 상황이 되었죠."

 

30여년전인 1986년 지오토 우주선에 장착된 질량분석계에 의해 핼리혜성에서 처음으로 혜성의 D/H 비율을 측정할 수 있었다.

당시 이 비율은 지구에서 나타나는 비율의 두 배에 달했다.

이러한 연구 결과는 핼리혜성이 속하는 오르트 구름 혜성족은 지구의 물의 기원이 될 수 없다는 결론을 도출하였다.  

이후 20여년간 측정된 다른 오르트 구름 혜성족에 대한 D/H 비율은 핼리혜성의 비율과 매우 유사한 양상을 보여주었다.

 

이후 혜성이 지구의 물의 기원이 된다는 모델은 점점 인기가 사그러들었다.

이러한 기류에 변화가 일어난 것은 ESA의 허셜 우주선에 의해서, 카이퍼 벨트 혜성족이라 여겨지는 하틀리 2 혜성의 D/H 비율이 측정되고 나서였다.

이때 측정된 D/H 비율은 지구에서 나타나는 비율과 매우 흡사했는데 이것은 정말 기대 밖의 결과였다.

 

초기 태양계에 대한 대부분의 모델은 카이퍼 벨트 혜성족들이 오르트 구름 혜성족보다 더 높은 D/H 비율을 가지고 있을 것이라고 주장했는데 이는 카이퍼 벨트 천체들이 오르트 구름의 혜성들보다 훨씬 추운 환경에서 형성되기 때문이었다.

 

로제타 호의 측정결과에서 나타난 이번 발견은 지구의 물이 우리 공전궤도에서 훨씬 가까운 궤도를 가진 소행성과 같은 천체들에서 왔거나
지구 자체가 최소한 양극과 광물 내부에서 원래 물을 보유하고 있었을 것이라는 점을 말해주고 있다.

 

스위스 베른 대학 로제타 관측 장비의 수석 연구원이자 이번 논문의 주저자인 카트린 알트베그(Kathrin Altwegg)의 설명은 다음과 같다.
"이번 발견은 목성 혜성족만이 지구의 바다와 같은 물을 가지고 있다는 생각이 잘못되었음을 말해주고 있습니다.

이 사실은 지구에 대양을 형성시키는 주요한 배달체로서 소행성들이 포함되는 모델을 지지해주고 있습니다."

 

혜성은 태양과 행성들이 형성될 당시에 남겨진 원초적인 물질들을 포함한 타임캡슐이다.

로제타 호의 착륙선은 헤성 표면에 대한 사진을 최초로 촬영하였고, 혜성의 원시 조성에 대한 분석 결과를 제공해주게 될 것이다.

로제타 호는 이 혜성이 태양의 복사량이 증가함에 따라 어떤 변화 양상을 보이는지를 지근거리에서 최초로 관측하게 될 것이다.

이러한 관측은 과학자들로 하여금 태양계의 기원과 진화에 대해 더 많은 것을 알 수 있도록 도와줄 것이며 혜성의 역할은 아마도 지구에 물과 심지어는 생명체의 씨를 뿌리는 역할을 수행했을 지도 모른다.

 

* 출처 : NASA Solar System Exploration 2014년 12월 10일 News Release
           http://solarsystem.nasa.gov/news/display.cfm?News_ID=48502

 

참고 : 67P/추류모프-게라시멘코 혜성을 비롯한 태양계의 다양한 작은 천체에 대한 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
          왜소행성 :  https://big-crunch.tistory.com/12346957
          소행성 :  https://big-crunch.tistory.com/12346956
          혜성 :  https://big-crunch.tistory.com/12346955
          유성 :  https://big-crunch.tistory.com/12346954

 

원문>

Rosetta Instrument Reignites Debate on Earth's Oceans

10 Dec 2014

 

(Source: NASA/JPL/ESA)

The question about the origin of oceans on Earth is one of the most important questions with respect to the formation of our planet and the origin of life. The most popular theory is that water was brought by impacts of comets and asteroids. Data from the Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis (ROSINA) instrument aboard the European Space Agency's Rosetta spacecraft indicate that terrestrial water did not come from comets like 67P/Churyumov-Gerasimenko. The findings were published today in the journal Science.

Researchers agree that water must have been delivered to Earth by small bodies at a later stage of the planet's evolution. It is, however, not clear which family of small bodies is responsible. There are three possibilities: asteroid-like small bodies from the region of Jupiter; Oort cloud comets formed inside of Neptune's orbit; and Kuiper Belt comets formed outside of Neptune's orbit.

The key to determining where the water originated is in its isotopic "flavor." That is, by measuring the level of deuterium - a heavier form of hydrogen. By comparing the ratio of deuterium to hydrogen in different objects, scientists can identify where in the solar system that object originated. And by comparing the D/H ratio, in Earth's oceans with that in other bodies, scientists can aim to identify the origin of our water.

The ROSINA instrument on the Rosetta spacecraft has found that the composition of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko's water vapor is significantly different from that found on Earth.

The value for the D/H ratio on the comet is more than three times the terrestrial value. This is among the highest-ever-measured values in the solar system. That means it is very unlikely that comets like 67P/Churyumov-Gerasimenko are responsible for the terrestrial water.

The D/H ratio is the ratio of a heavier hydrogen isotope, called deuterium, to the most common hydrogen isotope. It can provide a signature for comparison across different stages of a planet's history.

"We knew that Rosetta's in situ analysis of this comet was always going to throw us surprises," said Matt Taylor, Rosetta's project scientist from the European Space Research and Technology Center, Noordwijk, the Netherlands. "The bigger picture of solar-system science, and this outstanding observation, certainly fuel the debate as to where Earth got its water."

Almost 30 years ago (1986) the mass spectrometers on board the European Giotto mission to comet Halley could, for the first time, determine D/H ratio in a comet. It turned out to be twice the terrestrial ratio. The conclusion at that time was that Oort cloud comets, of which Halley is a member, cannot be the responsible reservoir for our water. Several other Oort cloud comets were measured in the next 20 years, all displaying very similar D/H values compared to Halley. Subsequently, models that had comets as the origin of the terrestrial water became less popular.

This changed when, thanks to the European Space Agency's Herschel spacecraft, the D/H ratio was determined in comet Hartley 2, which is believed to be a Kuiper Belt comet. The D/H ratio found was very close to our terrestrial value -- which was not really expected. Most models on the early solar system claim that Kuiper Belt comets should have an even higher D/H ratio than Oort cloud comets because Kuiper Belt objects formed in a colder region than Oort cloud comets.

The new findings of the Rosetta mission make it more likely that Earth got its water from asteroid-like bodies closer to our orbit and/or that Earth could actually preserve at least some of its original water in minerals and at the poles.

"Our finding also disqualifies the idea that Jupiter family comets contain solely Earth ocean-like water," said Kathrin Altwegg, principal investigator for the ROSINA instrument from the University of Bern, Switzerland, and lead author of the Science paper. "It supports models that include asteroids as the main delivery mechanism for Earth's oceans."

Comets are time capsules containing primitive material left over from the epoch when the sun and its planets formed. Rosetta's lander obtained the first images taken from a comet's surface and will provide analysis of the comet's possible primordial composition. Rosetta will be the first spacecraft to witness at close proximity how a comet changes as it is subjected to the increasing intensity of the sun's radiation. Observations will help scientists learn more about the origin and evolution of our solar system and the role comets may have played in seeding Earth with water, and perhaps even life.

Rosetta is an ESA mission with contributions from its member states and NASA. The Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California, a division of the California Institute of Technology in Pasadena, manages the U.S. contribution of the Rosetta mission for NASA's Science Mission Directorate in Washington. JPL also built the MIRO instrument and hosts its principal investigator, Samuel Gulkis. The Southwest Research Institute (San Antonio and Boulder) developed the Rosetta orbiter's IES and Alice instruments, and hosts their principal investigators, James Burch (IES) and Alan Stern (Alice).

For more information on the U.S. instruments aboard Rosetta, visit:

 

http://rosetta.jpl.nasa.gov

 

More information about Rosetta is available at:

 

http://www.esa.int/rosetta

 

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DC Agle
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
818-393-9011
agle@jpl.nasa.gov

Markus Bauer
European Space Agency, Noordwijk, Netherlands
011-31-71-565-6799
markus.bauer@esa.int

2014-423