플루토의 푸른 하늘과 물얼음

 

Credits: NASA/JHUAPL/SwRI

 

사진 1> 뉴호라이즌 호의 MVIC(랄프/다중스펙트럼 화상화 카메라, Ralph/Multispectral Visible Imaging Camera)로 촬영된 이 사진에는 플루토의 엷은 대기층이 푸른빛으로 담겨있다.

높은 고도의 연무는 토성의 달인 타이탄에서 관측되는 특성과 유사할 것으로 생각된다.

이 두 개 천체의 연무층은 태양빛에 의해 질소와 메탄의 화학적 반응이 촉발된 대기가 포함되어 있을 것으로 보인다. 
이러한 작용은 톨린(tholins)이라 부르는 상대적으로 작은 숫검댕이 입자를 만들게 되고 이 입자는 표면으로 낙하하는 와중에 몸집을 키우게 된다.

이 사진은 파란색과 빨간색, 근적외선 필터로 촬영된 사진을 합성하여 만들어진 것으로 사람이 맨눈으로 봤을 때의 색감을 최대한 재현해내고 있다.

 

플루토의 얇은 대기를 촬영한 첫번째 사진이 지난 주 뉴호라이즌호로부터 도착했다.
이 사진에서 플루토의 대기는 푸른빛으로 그 모습을 드러내고 있다.

 

사우스웨스트우주탐사연구소(the Southwest Research Institute)의 뉴호라이즌 수석 개발자인 앨런 스턴(Alan Stern)은 누가 카이퍼 벨트 천체에서 파란 하늘을 상상이라도 했겠느냐며 놀라워했다.

 

이 대기의 입자 자체는 잿빛이나 붉은 빛일 것으로 생각되었으나 푸른빛이 산란되는 모습에 뉴호라이즌호 과학팀 모두의 관심이 집중되었다.

 

뉴호라이즌호 과학팀의 일원인 사우스웨스트우주탐사연구소의 칼리 하웨트(Carly Howett)의 설명은 다음과 같다.
"이 놀라운 푸른 빛은 대기를 구성하는 입자의 크기와 성분에 대한 정보를 말해주고 있습니다.
일반적으로 푸른 하늘은 태양빛이 매우 작은 입자들에 의해 산란된 결과입니다.
지구에서 이 입자는 아주 미세한 질소 분자죠.
플루토에서는 이보다는 더 크기가 있지만 그 상대적인 크기는 여전히 미세한, 우리가 톨린(tholins)이라 부르는 숫검댕이 입자와 같은 것일거라 생각합니다."
 

과학자들은 이 톨린 입자가 높은 대기에서 생성되었을 것으로 생각하고 있다.
높은 대기에서는 자외선이 산란되며 질소와 메탄 분자를 이온화시키게 되고, 이로써 서로간에 상호작용이 발생하면서 좀더 복잡한 음이온 또는 양이온으로 대전된 입자들을 만들게 된다.

 

이 이온화 입자들이 다시 재결합을 하면서 훨씬 복잡한 고분자를 만들게 되는데 이러한 과정은 토성의 달인 타이탄의 상층 대기에서 처음으로 발견된 것과 같은 과정이다.

 

이렇게 복잡성이 증가한 분자들은 재결합을 계속해가면서 작은 입자로 몸집을 키우게 된다.
이 입자들은 대기상에서 플루토 표면에 내려앉을때까지 휘발성 가스의 응축과 함께 얼음 입자들이 겉을 감싸게 되고 결국 이들이 표면에 내려앉으면 플루토를 붉은 빛으로 보이게 만드는 원인이 된다. .

 

두번째 주목할만한 발견은 뉴호라이즌호가 표면에 노출되어 있는 수많은 물얼음을 발견했다는 것이다.

이 발견은 MVIC에 의해 수집된 데이터를 통해서 이루어졌다.

 

 

Credits: NASA/JHUAPL/SwRI

사진 2> 뉴호라이즌 호의 MVIC와 LEISA(선형 에탈론 화상화 분광배열, the Linear Etalon Imaging Spectral Array)로 촬영한 적외선 분광 데이터를 합성하여 만들어진 이 사진에는 지표에 노출된 물얼음들이 파란색으로 표시되어 있다.

물얼음의 강력한 신호는 네모난 사진 왼편에 있는 엘리어트 충돌 구덩이(Elliot crater)의 바로 서쪽에 위치한 베르길리우스 포사(Virgil Fossa)를 따라 분포하고 있으며 사진 상단의 바이킹 테라(Viking Terra) 지역에도 분포하고 있다.

사진 오른쪽 바라 산맥(Baré Montes)쪽으로도 상당수의 물얼음이 훨씬 규모가 작은 물얼음들과 함께 보이는데 이들은 주로 산맥 사이의 충돌구덩이 및 계곡들과 연관성을 가지고 있다.

네모 사진의 폭은 450킬로미터이다.

참고로 본 설명에 등장하는 지명들은 아직 공식적으로 채택된 명칭은 아니다.

 

뉴호라이즌 과학팀의 일원인 사우스웨스트우주탐사연구소 제이슨 쿡( Jason Cook)의 설명은 다음과 같다.
"플루토에서는 물얼음의 노출이 그렇게 광활하게 보이지는 않습니다.
왜냐하면 플루토 전역은 보다 휘발성있는 얼음들에 의해 뒤덮혀 있기 때문입니다. 

왜 물얼음이 특정 지역에서만 노출되어 있는 것인지를 파헤치는 것이 바로 우리의 도전과제입니다."
 

이번 발견에서 흥미로운 점은 물얼음의 분광 신호가 보이는 지역들이 최근 발표된 컬러 사진에서 밝고 붉은 빛을 띠고 있는 지역에 대응되고 있다는 점이다.

 

메릴랜드대학의 뉴호라이즌 과학팀의 일원인 실비아 프로토파파(Silvia Protopapa)의 설명은 다음과 같다.
"저는 플루토의 물얼음이 이처럼 붉다는 사실에 정말 놀랐습니다.
우리는 아직 플루토의 표면을 붉게 물들이고 있는 붉은 빛의 톨린과 물얼음간의 관계에 대해 이해하지 못하고 있습니다."

 

현재 뉴호라이즌 호는 지구로부터 50억 킬로미터 거리에 위치하고 있으며 모든 장비는 정상적인 상태를 유지하고 있다.

 

출처 : NASA Solar System Exploration 2015년 10월 8일 News Release
         http://solarsystem.nasa.gov/news/2015/10/08/new-horizons-finds-blue-skies-and-water-ice-on-pluto

 

참고 : 플루토를 비롯한 태양계 소천체에 대한 각종 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>

 

Pluto's Blue Sky: Pluto's haze layer shows its blue color in this picture taken by the New Horizons Ralph/Multispectral Visible Imaging Camera (MVIC). The high-altitude haze is thought to be similar in nature to that seen at Saturn's moon Titan. The source of both hazes likely involves sunlight-initiated chemical reactions of nitrogen and methane, leading to relatively small, soot-like particles (called tholins) that grow as they settle toward the surface. This image was generated by software that combines information from blue, red and near-infrared images to replicate the color a human eye would perceive as closely as possible. Credits: NASA/JHUAPL/SwRI

 

The first color images of Pluto's atmospheric hazes, returned by NASA's New Horizons spacecraft last week, reveal that the hazes are blue.

"Who would have expected a blue sky in the Kuiper Belt? It's gorgeous," said Alan Stern, New Horizons principal investigator from Southwest Research Institute (SwRI), Boulder, Colorado.

The haze particles themselves are likely gray or red, but the way they scatter blue light has gotten the attention of the New Horizons science team. "That striking blue tint tells us about the size and composition of the haze particles," said science team researcher Carly Howett, also of SwRI. "A blue sky often results from scattering of sunlight by very small particles. on Earth, those particles are very tiny nitrogen molecules. on Pluto they appear to be larger - but still relatively small - soot-like particles we call tholins."

Scientists believe the tholin particles form high in the atmosphere, where ultraviolet sunlight breaks apart and ionizes nitrogen and methane molecules and allows them to react with one another to form more and more complex negatively and positively charged ions. When they recombine, they form very complex macromolecules, a process first found to occur in the upper atmosphere of Saturn's moon Titan. The more complex molecules continue to combine and grow until they become small particles; volatile gases condense and coat their surfaces with ice frost before they have time to fall through the atmosphere to the surface, where they add to Pluto's red coloring.

In a second significant finding, New Horizons has detected numerous small, exposed regions of water ice on Pluto. The discovery was made from data collected by the Ralph spectral composition mapper on New Horizons.

 

Water Ice on Pluto: Regions with exposed water ice are highlighted in blue in this composite image from New Horizons' Ralph instrument, combining visible imagery from the Multispectral Visible Imaging Camera (MVIC) with infrared spectroscopy from the Linear Etalon Imaging Spectral Array (LEISA). The strongest signatures of water ice occur along Virgil Fossa, just west of Elliot crater on the left side of the inset image, and also in Viking Terra near the top of the frame. A major outcrop also occurs in Bar? Montes towards the right of the image, along with numerous much smaller outcrops, mostly associated with impact craters and valleys between mountains. The scene is approximately 280 miles (450 kilometers) across. Note that all surface feature names are informal. Credits: NASA/JHUAPL/SwRI

 

"Large expanses of Pluto don't show exposed water ice," said science team member Jason Cook, of SwRI, "because it's apparently masked by other, more volatile ices across most of the planet. Understanding why water appears exactly where it does, and not in other places, is a challenge that we are digging into."

A curious aspect of the detection is that the areas showing the most obvious water ice spectral signatures correspond to areas that are bright red in recently released color images. "I'm surprised that this water ice is so red," says Silvia Protopapa, a science team member from the University of Maryland, College Park. "We don't yet understand the relationship between water ice and the reddish tholin colorants on Pluto's surface."

The New Horizons spacecraft is currently 3.1 billion miles (5 billion kilometers) from Earth, with all systems healthy and operating normally.

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NASA

Last Updated: 8 October 2015