물이 존재할 가능성이 최근 제기된 토성 위성 ‘미마스’의 내부에는 지금도 규모가 확장되는 비교적 젊은 바다가 존재할 수 있다는 새로운 주장이 나왔다.
미국 퍼듀대학교 및 사우스웨스트 리서치 인스티튜트(Southwest Research Institute, SwRI) 공동 연구팀은 지난 26일 낸 논문에서 지름 약 400㎞의 작은 천체 미마스의 칭동 현상이 내부에 젊은 바다가 있을 가능성과 연결된다고 설명했다.
미마스는 지질 활동이 없는 천체로 여겨져 왔다. 토성의 다른 위성들과 달리 조석 가열의 영향을 거의 받지 않아 천체 내부에 열이 발생하지 않는 것으로 생각됐다. 또한 미마스 표면에는 화산이나 계곡 같은 지각 활동의 흔적이 없어 학자들은 그 내부가 얼음과 암석이 균일하게 섞인 구조라고 추측했다.
이런 오랜 생각을 깬 것은 미 항공우주국(NASA)의 토성 탐사선 ‘카시니’다. 미마스에 접근한 카시니는 이 작은 천체의 자전 주기를 정밀 측정한 결과 미미하지만 분명한 진동(칭동 현상)을 확인했다.
칭동은 달을 비롯한 많은 천체에서 일반적으로 일어나는 현상이다. 일반적으로 천체의 칭동에 큰 영향을 주는 것은 공전 궤도의 값인데, 미마스의 경우 이것만으로는 칭동을 설명할 수 없었다.
미마스의 칭동이 성립되려면 지각과 핵 사이에 액체의 바다가 존재한다고 가정해야 한다. 이 경우 지각의 두께는 24~31㎞, 그 아래 바다의 깊이는 약 40㎞로 추측된다. 다만 바다라고 부를 정도로 많은 물이 얼지 않고 존재하기 위해서는 열원이 필요하다. 지질 활동의 증거도 없는 미마스의 상황과는 어울리지 않는다. 따라서 내부에 액체는 존재하지 않고, 핵이 구형이 아닌 럭비공처럼 변화해 비대칭 핵 구조가 칭동에 영향을 미쳤다는 설이 유력시됐다.
공동 연구팀은 미마스의 수수께끼를 풀기 위해 지름 약 140㎞의 허셜 크레이터에 주목했다. 이 크레이터는 약 10㎞ 깊이에 중심부에 약 6㎞ 높이의 언덕이 존재한다. 이런 구조는 지각이 단단하지 않으면 형성되지 않는다. 내부에 바다가 있고 지각이 얇다면 크레이터 형성 시 지각이 갈라지고 바닷물이 치솟아 지금 같은 허셜 크레이터가 형성될 리 없다.
연구팀은 미마스의 지각 두께를 25~70㎞로 다양하게 입력하고 각 예상치에서 허셜 크레이터가 형성될 때의 충돌 시뮬레이션을 반복했다. 지각 두께를 내부에 바다가 존재하는 30㎞ 미만으로 설정한 결과 예상대로 지각이 갈라져버렸다. 현재 허셜 크레이터와 일치한 값은 지각 두께 약 55㎞였지만 이 경우 내부에서 충분한 열이 발생해야 한다.
즉 연구팀은 허셜 크레이터 형성 시 미마스 지각 두께는 55㎞ 이상이며, 현재까지 약 30㎞로 얇아졌을 가능성을 제기했다. 미마스도 지질 활동을 하며, 열원에 의해 내부가 서서히 녹으면서 젊은 바다가 존재할 수 있다는 게 연구팀 결론이다.
연구팀은 미마스 내부에 바다가 존재할 가능성은 더 많은 연구를 거쳐 입증되겠지만, 이번 연구가 수수께끼의 행성 내부 구조를 고찰하는 새로운 접근법을 제시했다는 점은 의미가 있다고 강조했다.
정이안 기자 anglee@sputnik.kr
