물을 품고 있는 또다른 세계들

 

Image credit: NASA

 

그림 1> NASA는 우주에서 발생하는 일들을 이해하기 위해 태양계와 그 너머에 대한 탐사를 계속하고 있으며 별들 사이에서 물과 생명체를 계속 찾고 있다.

 

 

물을 품고 있는 또다른 세계들

 

NASA가 진행하고 있는 각종 임무들은 태양계를 탐사하고 새로운 세상을 조사하면서 생각지도 못한 놀라운 장소에서 물을 찾아내고 있다.

물은 지구 너머에서 생명체의 거주가 가능할만한 행성과 생명체를 찾는데 있어 한 부분에 해당하며 전혀 상관이 없을것 같은 세계도 놀라운 방식으로 연결하고 있는 매개체이다.

 

NASA의 수석 과학자인 엘렌 스토판(Ellen Stofan)의 설명은 다음과 같다.
"NASA의 과학 활동들은 최근 물과 관련된 놀라운 발견들을 이루어냈고, 우리의 기원과 또다른 세상에 대한 환상적인 가능성으로 우리를 고무시키고 있습니다.
아마 우리세대에 우리는 태양계와 그 너머에서 우리가 과연 홀로 존재하는 것인지에 대해 답을 얻을 수 있을 것이라고 생각합니다."
 

물속에 포함된 화학적 원소인 수소와 산소는 우주에서 가장 풍부하게 존재하는 원소이다.

천문학자들은 별들 사이에 있는 거대한 분자구름에서, 그리고 새로운 행성계를 만들어내는 물질들의 원반과 또다른 별들의 주위를 돌고 있는 거대 행성의 대기에서 물의 신호를 탐지해내고 있다.

 

표면 아래에 액체 상태의 물을 가지고 있을 것으로 생각되는 천체들이 몇 개 있으며 얼음이나 수증기의 형태로 물을 가지고 있는 천체는 이보다 훨씬 더 많다.

물은 혜성이나 소행성, 그리고 세레스와 같은 난쟁이 행성과 같은 원초적인 천체에서 발견된다.

 

4개의 거대 가스상 행성인 목성과 토성, 천왕성과 해왕성의 대기와 그 내부에도 어마어마한 양의 물이 포함되어 있을 것으로 생각되며, 각 행성의 달들과 고리에도 상당한 양의 얼음 물이 포함되어 있을 것으로 생각되고 있다.

 

아마도 물을 보유하고 있는 가장 놀라운 천체는 목성과 토성의 다섯개 얼음 위성인 목성의 가니메데, 유로파, 칼리스토, 그리고 토성의 엔켈라두스와 타이탄일텐데 이들은 표면 아래에 바다를 품고 있다는 강력한 증거를 가지고 있다.

과학자들은 허블우주망원경을 이용하여 최근 가니메데가 마치 샌드위치처럼 두 개의 얼음 층 사이에 소금기가 있는 바다를 지표밑에 가지고 있다는 강력한 증거를 제공하기도 했다.

( 블로그쥔장 주 : 가니메데의 바다 : https://big-crunch.tistory.com/12347814 )

유로파와 엔켈라두스는 광물질이 풍부한 바위와 접촉면을 가진 액체의 물로 된 바다를 표면 아래 가지고 있을 것으로 생각되고 있으며 우리가 아는 한 생명체에 필수적으로 필요한 3가지 주 성분인 액체 상태의 물과 생물학적 반응에 필요한 화학적 요소 및 생명체 유지를 위해 사용할 수 있는 에너지원 등을 모두 가지고 있을 것으로 생각된다.

( 블로그쥔장 주 : 유로파의 수증기 분출 : https://big-crunch.tistory.com/12346952 )

 

NASA의 카시니 임무는 얼음 간헐천을 가진 활성 상태의 천체로서 엔켈라두스의 모습을 드러내 주었다.

최근의 조사 결과는 이 달의 해저에 열수활동이 발생하고 있을지 모르며 그 환경은 살아 있는 유기체에게 적합할지도 모른다는 가능성을 제기해주었다.

( 블로그쥔장 주 : 엔켈라두스의 바다 : https://big-crunch.tistory.com/12347816 )

 

 

NASA의 우주선은 수성과 우리 달의 영구적인 응달지역에서 물의 흔적이 있는 것을 발견했는데 마치 저온 보관품처럼 전 연대에 걸쳐 발생한 얼음으로 된 소천체 충돌의 기록을 보유하고 있다.

( 블로그쥔장 주 : 달에서의 물 발견 : https://big-crunch.tistory.com/12345836 )
( 블로그쥔장 주 : 수성에서 얼음의 발견 : https://big-crunch.tistory.com/12346355 )

 

우리 태양계의 어떤 지역은 물에 흠뻑 젖은 상태를 가지고 있는것처럼 보이지만 또 어떤 곳은 상당한 양의 물을 잃어버린 것처럼 보이기도 한다.

화성의 경우 NASA의 탐사선들은 머나먼 과거에 오랜기간동안 그 표면에 물이 존재했음을 말해주는 명백한 증거들을 발견했다.

NASA의 큐리오시티 탐사 로봇은 고대의 강바닥을 발견했는데 이곳이 가진 조건은 우리가 아는한 생명체가 선호하는 조건을 가지고 있었다.

 

좀더 최근에 NASA의 과학자들은 지상의 망원경들을 활용하여 화성이 지난 오랜 기간동안 잃어버린 물의 양을 측정했다.
과학자들은 화성이 한때 화성의 북반구 거의 반에 해당하는 지역을 뒤덮고 있을만큼 충분한 물을 가지고 있었으며 어떤 지역은 수심 1.6킬로미터 이상의 깊이를 가지고 있었을 것으로 결론지었다.
( 블로그쥔장 주 : 화성의 바다 : https://big-crunch.tistory.com/12347799 )

그렇다면 그 물들은 모두 어디로 가 버린 것일까?

그 물들 중 일부가 화성 양극의 극관과 지표 밑으로 숨어버렸다는 것은 확실한 일이다.

우리는 또한 상당한 양의 화성의 초기 대기가 태양으로부터 쏟아져나온 대전 입자들의 폭풍에 의해 벗겨졌으며 이것이 화성을 메마르게 만든 원인일 것으로 생각하고 있다.

NASA의 메이븐 위성은 화성 주위를 공전하며 이를 알아내기 위한 작업을 열심히 진행중에 있다.

 

화성이 어떻게 메마른 행성이 되었는가에 대한 이야기는 화성의 대기가 태양풍과 어떻게 상호작용을 하는지와 긴밀한 연관관계가 있다.

STEREO 위성을 포함한 NASA의 태양 관측 위성이 보내온 데이터들은 과연 어떤 일이 일어났었던 것인지를 이해하는데 중요한 역할을 수행하고 있다.

 

태양계에서 물의 분포를 이해하는 것은 행성과 달들, 혜성과 또 다른 천체들이 45억년 전 태양을 둘러싸고 있던 가스원반으로부터 어떻게 생겨나게 되었는지에 대해 상당한 정보를 우리에게 말해주고 있다.

 

태양에 가까운 지역은 보다 높은 온도에 메마른 상태이지만 태양으로부터 멀리 떨어진 지역은 물이 응결되기에 충분할만큼 추운 조건을 유지하고 있다. 

 

"동결 한계선(frost line)"이라 불리는 이 구분 선은 오늘날 목성 공전궤도 주위로 형성되어 있다.

오늘날에도 이는 대부분의 혜성들이 보유하고 있는 얼음이 녹기 시작하여 활성화 되기 시작하는 지점과 거의 일치한다.
이 지점에서 혜성들은 물과 증기, 먼지와 다른 화학 물질들을 멋지게 뿜어내기 시작하는데 이것이 외곽 태양계의 꽁꽁 얼어붙은 지역에 존재하는 대다수 천체의 기반물질일 것으로 생각되고 있다.

 

과학자들은 태양계 형성 초기에 안쪽 지역은 행성에 액체나 얼음 상태의 물이 모이기에는 너무나 뜨거운 환경이었을 것으로 생각하고 있다.
따라서 이 물들은 반드시 어디로부턴가 전달되었어야 했는데 혜성이나 물을 품고 있는 소행성이 그 주인공이었을 가능성이 있다.

NASA의 던 우주선은 현제 세레스를 연구중에 있다.
세레스는 화성과 목성 사이에 있는 소행성 벨트에서 가장 거대한 몸집을 자랑하는 천체이다.

 

과학자들은 세레스가 지구를 포함한 내태양계의 3개 암석질 행성에 물을 날라다 준 모종의 천체들과 유사하게 많은 양의 물을 품고 있을 것으로 생각하고 있다.

거대 행성 목성이 가지고 있는 물의 양은 우리 태양계 형성의 수수께끼에서 잃어버린 조각을 맞추는데 핵심이 되는 정보를 품고 있다.

목성은 태양계에서 가장 먼저 형성된 행성일 것이며 태양으로 빨려들어가지 않은 물질들의 상당수를 가지고 있는 행성이다.

목성의 형성에 대한 선구적 가설은 남은 양의 물들 중 상당한 양이 목성으로 빨려들어갔을 것으로 추측하고 있다.

 

이러한 수수께끼를 풀기 위해 NASA의 주노 미션은 2016년 중반부터 측정을 시작하게 될 것이다.

 

Credit: NASA Jet Propulsion Laboratory

 

그림2> 이 삽화는 우리 태양계에서 잘 알려진, 물을 품고 있을 것으로 보이는 천체들을 묘사하고 있다.

태양계에서 오직 지구만이 바다를 품고 있는 것은 아니다.

바다는 여러 달이나 난쟁이 행성에 다양한 형태로 존재할 수 있으며 지구 이외의 지역에서 생명체를 찾는 도전에 단서를 제공해주고 있다.

NASA의 탐사선들이 그곳에 있으며 이들 멀리 떨어진 미지의 바다를 품고 있는 세계를 계속 여행하고 있다.

던 우주선은 흥미로운 난쟁이 행성인 세레스 주위를 공전하고 있다.
뉴호라이즌호는 이번 여름 난쟁이 행성 플루토*를 통과하게 될 것이다.
카시니호는 올해 말 엔켈라두스에 가깝게 접근할 에정이다.
이때 카시니호는 엔켈라두스 지하의 바다에 대한 비밀을 밝혀줄 수 있는 간헐천을 통과하게 될 것이다.

(블로그 쥔장 주 :  플루토(Pluto)는 '명왕성'을 말합니다.  명왕성은 더 이상 행성으로 분류되지 않습니다.
'명왕성'이라는 한자식 표현은 '해왕성, '천왕성'등과 동급의 표현으로 행성이라는 의미를 가지고 있는 표현입니다.
따라서 오해의 소지를 없애기 위해 더 이상 '명왕성'으로 적시하지 않고 영어 표현 그대로 '플루토(Pluto)'로 표현합니다.)    

 

보다 범위를 넓혀 보자면, 형성이 진행중인 다른 행성계들을 관측하는 것은 우리 태양계 어린시절의 한 장면을 보는 것과 같으며 여기서 물은 이야기의 상당 부분을 차지하고 있다. 

예를 들어 스피처우주망원경은 물을 풍부하게 가진 혜성들이 갓 태어난 행성계에 비처럼 쏟아지는 흔적을 관측하였는데 이는 우리 태양계의 어린 시절 행성들이 겪어내야 했던 맹렬한 폭격의 시기와 상당히 닮아 있다. 

다른 별들 주위를 돌고 있는 외계행성에 대한 연구와 함께 우리 태양계처럼 물이 풍부한 또다른 세계들에 대해 우리는 그 어느때보다도 많은 발견을 하고 있다.

 

사실 생명체에게 적합한 행성을 만드는 것에 대한 우리의 기본 개념은 거의 물의 존재 여부에 달려 있다.
모든 별들은 생명체서식 가능 지대 또는 물이 얼지도, 증발하지도 않는 액체 상태로 존재할 수 있을만한 온도가 유지되는 거리 범위를 가지고 있다.

NASA의 행성 탐사 위성인 케플러 위성은 이를 염두에 두고 디자인 된 것이다.

케플러는 수많은 유형의 별들 주변의 생명체 서식 가능 지역에서 행성들을 발견해왔다.

최근 1천번째 외계행성이 확인되었으며 케플러의 관측 데이터는 가장 일반적인 행성의 크기가 지구보다 약간 큰 크기를 가지고 있다는 사실을 확정해주었다.

천문학자들은 깊은 바다에 완전히 잠겨 있는 외계행성의 수가 상당할 것으로 생각하고 있다.

케플러 임무를 계승하고 있는 K2 미션은 이 새로운 세상을 발견하기 위한 별빛 모으기를 계속하고 있다.

NASA가 추진하고 있는 TESS 미션은 태양과 지근거리에 있는 밝은 별들을 탐사하여 지구 크기 또는 슈퍼 지구 크기의 행성들을 계속 탐사하게 될 것이다.

TESS가 찾아낸 행성들 중에는 물을 가지고 있는 행성도 있을 것이고 NASA의 차세대 우주망원경인 제임스웹우주망원경은 이 특별한 행성의 대기를 매우 세밀하게 분석하게 될 것이다.

부드럽게 내리는 비로부터 격렬하게 흐른는 강물까지, 지구의 물이 담고 있는 이야기가 우리 태양계와 그 너머 세상에 대한 거대한 이야기와 밀접한 관계가 있다는 점은 쉽게 간과될 수 있다.

그러나 우리가 가지고 있는 물은 모두 어디로부턴가 온 것이며, 우리 태양계의 모든 천체는 동일한 근원을 갖는 물을 나눠가지고 있다.

따라서 당신이 물을 마실 때, 혜성이나 바다를 품고 있는 달 그리고 오래전에 사라진 화성의 표면을 뒤덮고 있던 바다의 일부를 마시고 있다고 고려할만한 가치가 있다.

우리의 고향과 유사한 과정을 거쳐 형성된 외계행성이 밤하늘을 가득 채우고 있을 것이고 그곳에는 부드러운 파도가 그곳의 해안가를 적시고 있을 것이라는 사실을 기억하라. 

 

출처 : NASA - Kepler Mission News Release 2015년 4월 7일자
         http://www.nasa.gov/jpl/the-solar-system-and-beyond-is-awash-in-water/

 

참고 : 다양한 외계행성 및 외계행성계에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다. 
           https://big-crunch.tistory.com/12346973

 

 

원문>

The Solar System and Beyond is Awash in Water

 

As NASA missions explore our solar system and search for new worlds, they are finding water in surprising places. Water is but one piece of our search for habitable planets and life beyond Earth, yet it links many seemingly unrelated worlds in surprising ways.

 

"NASA science activities have provided a wave of amazing findings related to water in recent years that inspire us to continue investigating our origins and the fascinating possibilities for other worlds, and life, in the universe," said Ellen Stofan, chief scientist for the agency. "In our lifetime, we may very well finally answer whether we are alone in the solar system and beyond."

 

The chemical elements in water, hydrogen and oxygen, are some of the most abundant elements in the universe. Astronomers see the signature of water in giant molecular clouds between the stars, in disks of material that represent newborn planetary systems, and in the atmospheres of giant planets orbiting other stars.

 

There are several worlds thought to possess liquid water beneath their surfaces, and many more that have water in the form of ice or vapor. Water is found in primitive bodies like comets and asteroids, and dwarf planets like Ceres. The atmospheres and interiors of the four giant planets -- Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune -- are thought to contain enormous quantities of the wet stuff, and their moons and rings have substantial water ice.

 

Perhaps the most surprising water worlds are the five icy moons of Jupiter and Saturn that show strong evidence of oceans beneath their surfaces: Ganymede, Europa and Callisto at Jupiter, and Enceladus and Titan at Saturn.

 

Scientists using NASA's Hubble Space Telescope recently provided powerful evidence that Ganymede has a saltwater, sub-surface ocean, likely sandwiched between two layers of ice.

 

Europa and Enceladus are thought to have an ocean of liquid water beneath their surface in contact with mineral-rich rock, and may have the three ingredients needed for life as we know it: liquid water, essential chemical elements for biological processes, and sources of energy that could be used by living things. NASA's Cassini mission has revealed Enceladus as an active world of icy geysers. Recent research suggests it may have hydrothermal activity on its ocean floor, an environment potentially suitable for living organisms.

 

NASA spacecraft have also found signs of water in permanently shadowed craters on Mercury and our moon, which hold a record of icy impacts across the ages like cryogenic keepsakes.

 

While our solar system may seem drenched in some places, others seem to have lost large amounts of water.

 

On Mars, NASA spacecraft have found clear evidence that the Red Planet had water on its surface for long periods in the distant past. NASA's Curiosity Mars Rover discovered an ancient streambed that existed amidst conditions favorable for life as we know it.

 

More recently, NASA scientists using ground-based telescopes were able to estimate the amount of water Mars has lost over the eons. They concluded the planet once had enough liquid water to form an ocean occupying almost half of Mars' northern hemisphere, in some regions reaching depths greater than a mile (1.6 kilometers). But where did the water go?

 

It's clear some of it is in the Martian polar ice caps and below the surface. We also think much of Mars' early atmosphere was stripped away by the wind of charged particles that streams from the sun, causing the planet to dry out. NASA's MAVEN mission is hard at work following this lead from its orbit around Mars.

 

The story of how Mars dried out is intimately connected to how the Red Planet's atmosphere interacts with the solar wind. Data from the agency's solar missions -- including STEREO, Solar Dynamics Observatory and the planned Solar Probe Plus -- are vital to helping us better understand what happened.

 

Understanding the distribution of water in our solar system tells us a great deal about how the planets, moons, comets and other bodies formed 4.5 billion years ago from the disk of gas and dust that surrounded our sun. The space closer to the sun was hotter and drier than the space farther from the sun, which was cold enough for water to condense. The dividing line, called the "frost line," sat around Jupiter's present-day orbit. Even today, this is the approximate distance from the sun at which the ice on most comets begins to melt and become "active." Their brilliant spray releases water ice, vapor, dust and other chemicals, which are thought to form the bedrock of most worlds of the frigid outer solar system.

 

Scientists think it was too hot in the solar system's early days for water to condense into liquid or ice on the inner planets, so it had to be delivered -- possibly by comets and water-bearing asteroids. NASA's Dawn mission is currently studying Ceres, which is the largest body in the asteroid belt between Mars and Jupiter. Researchers think Ceres might have a water-rich composition similar to some of the bodies that brought water to the three rocky, inner planets, including Earth.

 

The amount of water in the giant planet Jupiter holds a critical missing piece to the puzzle of our solar system's formation. Jupiter was likely the first planet to form, and it contains most of the material that wasn't incorporated into the sun. The leading theories about its formation rest on the amount of water the planet soaked up. To help solve this mystery, NASA's Juno mission will measure this important quantity beginning in mid-2016.

 

Looking further afield, observing other planetary systems as they form is like getting a glimpse of our own solar system's baby pictures, and water is a big part of that story. For example, NASA's Spitzer Space Telescope has observed signs of a hail of water-rich comets raining down on a young solar system, much like the bombardment planets in our solar system endured in their youth.

 

With the study of exoplanets -- planets that orbit other stars -- we are closer than ever to finding out if other water-rich worlds like ours exist. In fact, our basic concept of what makes planets suitable for life is closely tied to water: Every star has a habitable zone, or a range of distances around it in which temperatures are neither too hot nor too cold for liquid water to exist. NASA's planet-hunting Kepler mission was designed with this in mind. Kepler looks for planets in the habitable zone around many types of stars.

 

Recently verifying its thousandth exoplanet, Kepler data confirm that the most common planet sizes are worlds just slightly larger than Earth. Astronomers think many of those worlds could be entirely covered by deep oceans. Kepler's successor, K2, continues to watch for dips in starlight to uncover new worlds.

 

The agency's upcoming TESS mission will search nearby, bright stars in the solar neighborhood for Earth- and super-Earth-sized exoplanets. Some of the planets TESS discovers may have water, and NASA's next great space observatory, the James Webb Space Telescope, will examine the atmospheres of those special worlds in great detail.

 

It's easy to forget that the story of Earth's water, from gentle rains to raging rivers, is intimately connected to the larger story of our solar system and beyond. But our water came from somewhere -- every world in our solar system got its water from the same shared source. So it's worth considering that the next glass of water you drink could easily have been part of a comet, or an ocean moon, or a long-vanished sea on the surface of Mars. And note that the night sky may be full of exoplanets formed by similar processes to our home world, where gentle waves wash against the shores of alien seas.

 

For more information about NASA's exploration of the solar system and beyond, visit:

 

http://www.nasa.gov

 

Preston Dyches
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
818-354-7013
preston.dyches@jpl.nasa.gov
 

Felicia Chou
NASA Headquarters, Washington
202-358-0257
Felicia.chou@nasa.gov

2015-119