유로파의 표면을 덮고 있는 수수께끼의 검은 물질이 소금일 가능성이 제기되다.

 

Image credit: NASA/JPL-Caltech

 

사진1> NASA JPL에 만들어진 '깡통속의 유로파' 실험실은 온도를 비롯하여 거의 진공에 가까운 대기와 엄청난 자기장 복사에 강타당하고 있는 유로파 표면의 조건을 구현하고 있다.

 

NASA의 실험 결과 목성의 달인 유로파의 몇몇 지질구조를 뒤덮고 있는 검은 물질은 해저에 있는 소금이 목성의 자기장 복사에 노출되어 검게 그을린 것일 가능성이 있는 것으로 나타났다. 

 
유로파의 표면에 바다의 소금이 존재한다는 것은 이 바다가 암석질 해저와 상호작용이 있음을 암시하는 것이며 이는 또한 이곳에 생명이 존재할 가능성이 있음을 암시하는 매우 중요한 단서이기도 하다.

 

Image credit: NASA/JPL-Caltech

 

사진 2> 유로파와 같은 조건에서 10시간 동안 노출된 염화나트륨 샘플의 색이 황갈색으로 변한 모습
이 색깔은 NASA의 갈릴레오 위성이 촬영한 유로파 표면의 어두운 물질들이 내는 색깔과 분광학적으로 유사한 속성을 가지고 있다.

이번 연구 결과는 지구물리학 학회지(the journal Geophysical Research Letters )에 개재될 예정이며 온라인판에 먼저 개재되었다.

 

NASA 워싱턴 본부의 외계행성 프로그램 과학자인 커트 니버(Curt Niebur)의 설명은 다음과 같다.
"우리는 가장 중요하면서도 가장 어려운 질문인 유로파에 과연 생명체가 존재하는가?에 대한 수많은 질문을 가지고 있습니다.
이번 연구결과는 매우 중요합니다.

왜냐하면 유로파가 과연 생명체의 서식이 가능한가와 같은 질문에 확실한 대답을 하는 것에 초점을 맞추고 있기 때문입니다.
이에 대해 답을 얻을 수 있게 되면 우리는 유로파의 얼음 지각 및 해저에 생명체가 존재하는지와 같은 더 큰 질문을 다룰 수 있게 됩니다."

 

10여년 이상 과학자들은 유로파의 표면을 뒤덮고 있는 기다란 선형 구조의 검은 물질들과 상대적으로 생성된지 얼마 되지 않아 보이는 지질학적 구조에 의문에 가져왔다.

 

이 물질들이 생성된지 얼마 안된 지형과 관련이 있다는 것은 이 물질이 유로파의 내부에서 솟아 오른 것임을 의미하지만 활용가능한 데이터는 한계가 있으며 이 물질들의 화학적 조성은 여전히 불분명한채로 남아 있다.

 

NASA 제트추진연구소의 행성과학자이자 이번 연구의 수석 연구원인 케빈 핸드(Kevin Hand)는 만약 이 물질이 바다에 존재하는 소금이라면 이 검은 수수께끼의 물질에 대한 가장 단순하고도 우아한 해답이 되는 것이라고 말했다.

한가지 확실한 것은 유로파가 목성의 강력한 자기장이 만들어내는 복사에 그대로 노출되어 있다는 것이다.

전자와 이온이 입자가속기와 맞먹는 강도로 이 달의 표면에 충돌하고 있다.
검은 물질을 만들어낸 과정의 일부일 것으로 보이는 이러한 목성의 자기장 복사를 포함하여 여러 이론들이 이 검은 물질의 성격을 설명하기 위해 제기되었다.

 

Image credit: NASA/JPL-Caltech

 

사진 3>  "깡통속의 유로파(Europa-in-a-can)"라는 이름의 테스트 설정 상에서 복사에 노출되어 색이 바랜 소금알갱이의 확대사진
 

NASA의 갈릴레오 위성과 다양한 망원경들을 이용한 이전의 연구에서는 유로파 표면의 이와 같은 얼룩은 황과 마그네슘 화합물 때문일 것으로 생각했었다.
복사에 노출된 황 역시 유로파의 색깔에 대한 설명이 될 수 있지만 이번 실험은 복사에 노출된 소금이 유로파의 표면에서 가장 나이가 어린 지형의 색깔도 설명해줄 수 있음을 밝혀주었다.

 

이 검은 물질의 성격을 알아내기 위해 핸드와 이번 논문의 공동 저자인 JPL의 로버트 칼슨(Robert Carlson)은 연구소에 테스트 기구를 이용하여 시연을 위한 유로파 표면 조각을 만들고 후보 물질들을 실험하였다. .

그리고 매 물질들마다 화학적 지문이라 할 수 있는 화합물로부터 반사되어 나오는 빛에 포함되어 있는 분광데이터를 수집하였다.

 

핸드의 설명은 다음과 같다.
"우리는 이걸 '깡통속의 유로파('Europa in a can)'라고 불러죠.
실험실은 온도나 압력, 자기장 복사의 노출 정도에 있어 유로파의 표면과 유사한 조건에 맞추어져 있었습니다.
그리고 실험 물질들로부터 발생한 분광데이터는 망원경이나 우주선이 수집한 유로파의 데이터와 비교할 수 있었습니다."
 
이 특별한 실험을 위해 과학자들은 일반적인 소금 -- 염화나트륨 - 과 소금 용액을 유로파의 차가운 표면 온도에 맞게 섭씨 영하 173도로 구현된 진공관 안에서 테스트하였다.
과학자들은 이 소금 샘플에 유로파 표면의 강력한 복사를 가정한 전자 광선을 쏘아댔다.

유로파에서의 1세기에 대응되도록 이 험악한 환경에 소금샘플을 수십시간 정도 노출시키자 처음에는 식용 소금처럼 하얀색이었던 소금이 유로파의 표면에 보이는 구조물과 유사한 황갈색으로 변색되었다.

 

과학자들은 이 샘플의 색과 분광 데이터의 측정치가 NASA의 갈릴레오 위성이 유로파에서 촬영한 사진에서 나타나는 구조물들의 색과 매우 닮아있음을 알 수 있었다.

 

핸드는 이 작업이 우리에게 말해주는 것은 자기장 복사에 바짝 구워진 염화칼슘의 화학적 신호가 유로파에 존재하는 수수께끼의 물질들로부터 수집한 우주선의 데이터와 상당히 맞아떨어진다는 것을 부정할 수 없다라는 것이라고 말했다.
게다가 자기장 복사에 노출되는 정도가 길어질수록 색깔은 점점 더 짙어져갔다.

 

핸드는 과학자들이 이러한 색의 변이 과정을 이용하여 해당 지형의 나이와 유로파에 존재할지도 모르는 분출로부터 뿜어져나온 물질의 연령을 결정할 수 있을 것이라고 생각하고 있다.

 

망원경을 이용한 이전의 관측에서도 이러한 자기장 복사에 노출된 환경으로부터 과학자들이 목격한 것과 같은 분광학적 특성들이 조금씩 존재하고 있었다.
그러나 현재 지구나 지구 궤도상에 존재하는 망원경으로서 이 구조물들을 확실하게 식별해내기에 충분할 만큼의 고해상도를 갖춘 것은 존재하지 않는다.

 

과학자들은 이 물질들의 정확한 규명은 향후 유로파를 관측하게 될 우주선에 의해서 가능할 것이라고 생각하고 있다.

 

출처 : NASA Solar System Exploration 2015년 5월 12일 News Release
         http://solarsystem.nasa.gov/news/display.cfm?News_ID=49184           
      

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

 

원문>

NASA Research: Europa's Mystery Dark Material Could Be Sea Salt

12 May 2015

 

(Source: NASA Jet Propulsion Laboratory)

NASA laboratory experiments suggest the dark material coating some geological features of Jupiter's moon Europa is likely sea salt from a subsurface ocean, discolored by exposure to radiation. The presence of sea salt on Europa's surface suggests the ocean is interacting with its rocky seafloor -- an important consideration in determining whether the icy moon could support life.

The study is accepted for publication in the journal Geophysical Research Letters and is available online.

"We have many questions about Europa, the most important and most difficult to answer being is there life? Research like this is important because it focuses on questions we can definitively answer, like whether or not Europa is inhabitable," said Curt Niebur, Outer Planets Program scientist at NASA Headquarters in Washington. once we have those answers, we can tackle the bigger question about life in the ocean beneath Europa's ice shell."

For more than a decade, scientists have wondered about the nature of the dark material that coats long, linear fractures and other relatively young geological features on Europa's surface. Its association with young terrains suggests the material has erupted from within Europa, but with limited data available, the material's chemical composition has remained elusive.

"If it's just salt from the ocean below, that would be a simple and elegant solution for what the dark, mysterious material is," said research lead Kevin Hand, a planetary scientist at NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California.

One certainty is that Europa is bathed in radiation created by Jupiter's powerful magnetic field. Electrons and ions slam into the moon's surface with the intensity of a particle accelerator. Theories proposed to explain the nature of the dark material include this radiation as a likely part of the process that creates it.

Previous studies using data from NASA's Galileo spacecraft, and various telescopes, attributed the discolorations on Europa's surface to compounds containing sulfur and magnesium. While radiation-processed sulfur accounts for some of the colors on Europa, the new experiments reveal that irradiated salts could explain the color within the youngest regions of the moon's surface.

To identify the dark material, Hand and his co-author Robert Carlson, also at JPL, created a simulated patch of Europa's surface in a laboratory test apparatus for testing possible candidate substances. For each material, they collected spectra -- which are like chemical fingerprints -- encoded in the light reflected by the compounds.

"We call it our 'Europa in a can,'" Hand said. "The lab setup mimics conditions on Europa's surface in terms of temperature, pressure and radiation exposure. The spectra of these materials can then be compared to those collected by spacecraft and telescopes."

For this particular research, the scientists tested samples of common salt -- sodium chloride -- along with mixtures of salt and water, in their vacuum chamber at Europa's chilly surface temperature of minus 280 degrees Fahrenheit (minus 173 Celsius). They then bombarded the salty samples with an electron beam to simulate the intense radiation on the moon's surface.

After a few tens of hours of exposure to this harsh environment, which corresponds to as long as a century on Europa, the salt samples, which were initially white just like table salt, turned a yellowish-brown color similar to features on the icy moon. The researchers found the color of these samples, as measured in their spectra, showed a strong resemblance to the color within fractures on Europa that were imaged by NASA's Galileo mission.

"This work tells us the chemical signature of radiation-baked sodium chloride is a compelling match to spacecraft data for Europa's mystery material," Hand said.

Additionally, the longer the samples were exposed to radiation, the darker the resulting color. Hand thinks scientists could use this type of color variation to help determine the ages of geologic features and material ejected from any plumes that might exist on Europa.

Previous telescope observations have shown tantalizing hints of the spectral features seen by the researchers in their irradiated salts. But no telescope on or near Earth can observe Europa with sufficiently high resolving power to identify the features with certainty. The researchers suggest this could be accomplished by future observations with a spacecraft visiting Europa.

JPL built and managed NASA's Galileo mission for the agency's Science Mission Directorate in Washington, and is developing a concept for a future mission to Europa. The California Institute of Technology in Pasadena manages JPL for NASA.

For more information about Europa, visit:

http://europa.jpl.nasa.gov

 

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

Dwayne Brown
NASA Headquarters, Washington
202-358-1726
dwayne.c.brown@nasa.gov