목성의 달 유로파의 수증기 분출 가능성을 포착하다.

 

Credit: NASA, ESA, W. Sparks (STScI), and the USGS Astrogeology Science Center

 

사진1> 이 합성사진은 목성의 달, 유로파 가장자리 7시 방향의 수증기 분출로 의심되는 장면을 보여주고 있다.

허블우주망원경의 화상분광기로 촬영된 이 분출 장면이 유로파가 목성의 전면을 지나며 윤곽을 드러내고 있다.

허블의 자외선 감도는 유로파의 얼음지각으로부터 160킬로미터 상공까지 치솟아 오른 이 구조를 식별할 수 있게 해주었다.

이 물은 유로파 지각 아래 바다로부터 나온 것으로 생각되고 있다.

허블 데이터는 2014년 1월 26일 촬영되었다.

허블의 관측 데이터 위에 겹쳐진 유로파의 사진은 갈릴레오 호와 보이저 호에 의해 촬영된 유로파의 모습을 조합하여 만들어진 것이다.

 

천문학자들이 허블우주망원경을 이용하여 목성의 달인 유로파의 표면으로부터 수증기의 분출일 것으로 추측되는 모습을 촬영해냈다.
이번 발견은 유로파의 표면으로부터 높은 고도까지 수증기의 분출이 있을 것임을 예측한 이전의 모든 관측에 대한 확실한 근거가 되주고 있다.
이번 관측은 수킬로미터 두께의 얼음층을 뚫지 않고도 유로파 바다의 샘플을 획득할 수 있는 유로파 탐사 계획의 가능성을 높여주고 있다.

 

NASA 과학임무국 부국장보인 제프 요더(Geoff Yoder)의 설명은 다음과 같다.
"유로파의 바다는 태양계에서 생명을 품고 있을만한 가능성이 가장 높은 장소 중 하나입니다.
만약 유로파에 정말 바다가 존재한다면 이 수증기들은 유로파 지표 아래의 바다 샘플을 채취할 수 있는 한 가지 방법이 될 것입니다."

 

이 수증기 기둥은 짐작컨대 유로파 표면으로 다시 추락해내리기 전에 약 200킬로미터 고도까지 상승하는 것으로 추정되고 있다.

 

유로파는 지구가 품고 있는 물의 양보다 두배나 많은 물을 품고 있다.
그러나 극단적인 추위로 인해 그 두께를 알 수 없는 얼음층으로 뒤덮혀 있다.
이 수증기 기둥은 유로파 표면에 착륙하거나 얼음을 뚫고 내려갈 필요 없이 얼음 아래 갇혀 있는 바다로부터 샘플을 얻을 수 있는 기회를 제공해주고 있는 것이다.

 

우주망원경과학연구소 윌리엄 스파크(William Sparks)가 이끄는 연구팀은 유로파가 목성의 전면을 지나는 동안 유로파의 테두리를 따라 마치 손가락처럼 비어져나와있는 구조를 관측하였다.
연구팀의 원래 관측 목표는 유로파가 얇은 확장 대기인 외기권을 가지고 있는지를 관측하는 것이었다.

 

이와 동일한 방법은 다른 별 주위를 도는 외계행성의 대기를 탐사하는데도 사용된다.
연구팀은 또한 이 방법이 유로파의 표면으로부터 분출되어 나오는 수증기가 있다면 이를 포착해내는데도 최상의 방법이 될 것이라고 생각했다.

 

스파크의 설명은 다음과 같다.
"외계행성의 대기는 자신의 뒤쪽에 있는 별빛의 일부를 막아버립니다.
마찬가지로 유로파 주위에 얇은 대기가 있다면 이 대기는 목성으로부터 발생하는 빛의 일부를 막을 가능성이 있으며 우리는 그 대기를 그림자처럼 볼 수 있을 것입니다. 
 
연구팀은 15개월 간에 걸쳐 유로파가 목성의 전면을 가로지르는 현상이 총 10차례 발생하는 동안 유로파를 관측하였다.
그리고 모두 3차례에 걸쳐 분출현상을 볼 수 있었다.

 

이러한 작업은 유로파의 수증기 분출을 지지하는 증거를 제공해주었다.

 

2012년, 샌안토니오 사우스웨스트우주탐사연구소(the Southwest Research Institute)의 로렌츠 로스(Lorenz Roth)가 이끄는 연구팀은 유로파의 꽁꽁 얼어붙은 남극지역에서 무려 160킬로미터 상공까지 분출하는 수증기를 탐지한 바 있다.

 

비록 두 팀 모두 허블우주망원경의 화상분광기(Imaging Spectrograph, STIS) 를 사용했지만 동일한 결론에 도달하기까지 사용된 방법론은 완전히 다른 것이었다.

스파크의 설명은 다음과 같다.
"분광 데이터상에서 이와 같은 흡수선들을 만들어내기 위해 필요한 물질의 양을 계산하는 방식은 완전히 다른 방식이었습니다만 그 결과는 로스팀의 연구결과와 매우 유사합니다.
물질의 질량 측정치도 유사하고, 치솟아오른 수증기의 높이 역시 유사하죠.
두 개의 분출이 발생한 위도는 우리가 본 수증기 분출이 이전 연구에서 밝혀낸 수증기 분출과 동일한 것임을 말해주고 있습니다."

 

그러나 두 팀은 자신들의 독자적인 기술을 이용해서 동시에 수증기 분출을 탐지해내지는 못했다.

따라서 이에 대한 추가 관측은 이 분출이 매우 높은 변조를 가질 수 있음을 말해주고 있다.
이 분출은 산발적으로 발생하고 곧 사그라지고 만다는 것이다.

예를 들어 스파크 팀이 감지해낸 분출을 일주일 이내에 로스팀이 추가로 추적했을 때는 일체 분출의 흔적을 찾아내지 못했던 것이다.

 

어쨌든 수증기 분출이 실제 발생하고 있는 현상으로 확정된다면 유로파는 태양계에서 수증기 분출이 발생하고 있는 두 번째 달이 된다.
2005년 NASA의 카시니호는 토성의 달인 엔켈라두스에서 뿜어져나오는 수증기와 먼지 분출을 탐지해낸바 있다.

 

과학자들은 2018년 발사가 예정되어 있는 제임스 웹 우주망원경(the James Webb Space Telescope)을 사용하여 유로파에서 발생하는 수증기 분출 현상을 확정할 수 있을 것이다.
NASA는 또한 유로파를 수차례 근접 비행하면서 가까이에서 이 분출의 존재를 확정하고 이를 연구할 수 있는 탑재장비를 갖춘 유로파 탐사 계획을 입안하고 있다.

 

NASA 본부 천체물리국 국장인 폴 허츠(Paul Hertz)의 소감은 다음과 같다.
"허블의 독보적인 관측능력이 이 분출을 포착할 수 있게 해 주었습니니다.
이는 허블의 능력이 결코 의도치 않은 관측도 이뤄낼 수 있음을 다시 한 번 보여주는 것입니다.
이번 관측은 새로운 가능성의 세계를 열었으며 제임스웹우주망원경과 같은 차세대 임무가 이뤄낼 흥미로운 발견을 기대할 수 있음을 말해주는 것입니다. "
 
스파크와 동료들의 연구는 9월 29일 천체물리학저널에 개재되었다.

 

 

Credit: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)

 

그림1> 이 상상화는 목성의 달인 유로파의 가장자리 7시 방향에서 솟아오른 물-얼음 수증기의 모습을 묘사하고 있다.

배경으로 유로파의 왼쪽에는 화산활동 가득한 목성의 주황색 달인 이오가 보이고 그 왼쪽으로 목성이 보인다.

이오의 그림자가 목성 표면 중심에 그림자를 드리우고 있다.

 

Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

도표1> 이 도표는 유로파가 목성의 표면을 지날 때 유로파 표면의 분출물이 어떻게 윤곽을 드러내는지를 묘사하고 있다.
유로파는 3.5일을 주기로 목성 주위를 공전하고 있다.

 

 

출처 : 허블사이트 2016년 9월 26일 발표 뉴스
       http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2016/33/
       
참고 : 유로파를 비롯한 목성과 목성의 달에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346946

 

원문>

News Release Number: STScI-2016-33

NASA's Hubble Spots Possible Water Plumes Erupting on Jupiter's Moon Europa

Astronomers using NASA's Hubble Space Telescope have imaged what may be water vapor plumes erupting off the surface of Jupiter's moon Europa. This finding bolsters other Hubble observations suggesting the icy moon erupts with high-altitude water vapor plumes.

The observation increases the possibility that missions to Europa may be able to sample Europa's ocean without having to drill through miles of ice.

"Europa's ocean is considered to be one of the most promising places that could potentially harbor life in the solar system," said Geoff Yoder, acting associate administrator for NASA's Science Mission Directorate in Washington, D.C.. "These plumes, if they do indeed exist, may provide another way to sample Europa's subsurface."

The plumes are estimated to rise about 125 miles (200 kilometers) before, presumably, raining material back down onto Europa's surface. Europa has a huge global ocean containing twice as much water as Earth's oceans, but it is protected by a layer of extremely cold and hard ice of unknown thickness. The plumes provide a tantalizing opportunity to gather samples originating from under the surface without having to land or drill through the ice.

The team, led by William Sparks of the Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, observed these finger-like projections while viewing Europa's limb as the moon passed in front of Jupiter.

The original goal of the team's observing proposal was to determine whether Europa has a thin, extended atmosphere, or exosphere. Using the same observing method that detects atmospheres around planets orbiting other stars, the team also realized if there was water vapor venting from Europa's surface, this observation would be an excellent way to see it.

"The atmosphere of an extrasolar planet blocks some of the starlight that is behind it," Sparks explained. "If there is a thin atmosphere around Europa, it has the potential to block some of the light of Jupiter, and we could see it as a silhouette. And so we were looking for absorption features around the limb of Europa as it transited the smooth face of Jupiter."

In 10 separate occurrences spanning 15 months, the team observed Europa passing in front of Jupiter. They saw what could be plumes erupting on three of these occasions.

This work provides supporting evidence for water plumes on Europa. In 2012, a team led by Lorenz Roth of Southwest Research Institute in San Antonio, Texas, detected evidence for water vapor erupting from the frigid south polar region of Europa and reaching more than 100 miles (160 kilometers) into space. Although both teams used Hubble's Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) instrument, each used a totally independent method to arrive at the same conclusion.

"When we calculate in a completely different way the amount of material that would be needed to create these absorption features, it's pretty similar to what Roth and his team found," Sparks said. "The estimates for the mass are similar, the estimates for the height of the plumes are similar. The latitude of two of the plume candidates we see corresponds to their earlier work."

But as of yet, the two teams have not simultaneously detected the plumes using their independent techniques. Observations thus far have suggested the plumes could be highly variable, meaning that they may sporadically erupt for some time and then die down. For example, observations by Roth's team within a week of one of the detections by Sparks' team failed to detect any plumes.

If confirmed, Europa would be the second moon in the solar system known to have water vapor plumes. In 2005, NASA's Cassini orbiter detected jets of water vapor and dust spewing off the surface of Saturn's moon Enceladus.

Scientists may use the infrared vision of the James Webb Space Telescope, which is scheduled to launch in 2018, to confirm venting or plume activity on Europa. NASA also is formulating a mission to Europa with a payload that could confirm the presence of plumes and study them from close range during multiple flybys.

"Hubble's unique capabilities enabled it to capture these plumes, once again demonstrating Hubble's ability to make observations it was never designed to make," said Paul Hertz, director of the Astrophysics Division at NASA Headquarters in Washington, D.C. "This observation opens up a world of possibilities, and we look forward to future missions — such as the James Webb Space Telescope — to follow-up on this exciting discovery."

The work by Sparks and his colleagues will be published in the Sept. 29 issue of The Astrophysical Journal.

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and the European Space Agency (ESA). NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, manages the telescope. The Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, conducts Hubble science operations. STScI is operated for NASA by the Association of Universities for Research in Astronomy in Washington, D.C.

 

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