소행성 류구의 숨겨진 물은 지구에 바다가 생긴 이유를 설명할 수 있다

류구(Ryugu)는 일본 민화에 나오는 마법의 수중 궁전에서 이름을 따왔습니다. 현실 세계에서도 물의 궁전으로 여겨지므로, 적절한 이름입니다. 출처: JAXA/아이즈대학교/고베대학교

도쿄대학교 연구진을 포함한 과학자 그룹은 지구 근처 소행성 류구(Ryugu)를 생성한 소행성에서 액체 물이 한때 이동했다는 증거를 발견했습니다. 놀랍게도 이러한 활동은 소행성이 처음 형성된 지 10억 년 이상 지난 후에 발생했습니다. 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)의 하야부사2 우주선이 수집한 미세 암석 샘플을 이용한 이번 발견은 소행성에서 물과 관련된 과정이 태양계 진화의 초기 단계에만 발생했다는 오랜 통념에 의문을 제기합니다. 이러한 발견은 지구와 해양의 발달 과정을 설명하는 과학적 모델에 영향을 미칠 수 있습니다.

과학자들은 태양계가 어떻게 형성되었는지에 대한 전반적인 그림을 가지고 있지만, 많은 세부 사항들은 여전히 ​​불확실합니다. 가장 큰 의문 중 하나는 지구가 어떻게 그렇게 많은 물을 갖게 되었는가 하는 것입니다. 태양계 외곽의 얼음과 먼지로 형성된 류구처럼 탄소가 풍부한 소행성들이 지구에 물을 공급하는 주요 공급원이었다는 것은 오랫동안 알려져 왔습니다. 2018년 류구에 착륙한 하야부사2호는 이러한 소행성을 근접 관측과 직접 채취를 동시에 진행한 최초의 사례였습니다. 이 임무는 작은 암석과 먼지 조각을 지구로 귀환시켜 연구자들에게 지구 초기 역사의 부족한 부분을 채울 수 있는 드문 기회를 제공했습니다.

"류구가 물 활동에 대한 정확한 기록을 보존하고 있다는 것을 발견했습니다. 이는 유체가 예상보다 훨씬 늦게 암석을 통과했다는 증거입니다."라고 도쿄대학교 지구행성과학과 이즈카 츠요시 부교수는 말했습니다. "이것은 소행성 내 물의 장기적인 운명에 대한 우리의 생각을 바꿔놓습니다. 물은 오랫동안 머물렀고, 생각했던 것만큼 빨리 고갈되지 않았습니다."

이 발견의 핵심은 루테튬(Lu)과 하프늄(Hf)의 동위원소에 있습니다. 이 원소들은 176 Lu가 176 Hf로 붕괴하면서 자연 방사성 시계를 형성합니다. 연구진은 류구의 시료에서 이 두 원소의 비율을 분석하여 소행성의 나이를 간단하게 알아낼 수 있을 것으로 예상했습니다. 하지만 예상보다 훨씬 높은 수준의 176 Hf가 176 Lu보다 높게 검출되었습니다. 이러한 비정상적인 불균형은 액체 물이 한때 암석을 스며들어 루테튬을 효과적으로 용출시켰음을 시사합니다.

"류구의 화학적 기록이 지구에서 이미 연구된 특정 운석들과 유사할 것이라고 생각했습니다."라고 이즈카는 말했다. "하지만 결과는 완전히 달랐습니다. 이는 다른 가능한 설명들을 신중하게 배제해야 했다는 것을 의미했고, 결국 Lu-Hf 시스템이 후기 유체 흐름에 의해 교란되었다는 결론을 내렸습니다. 가장 가능성 있는 원인은 류구의 더 큰 모소행성에 충돌한 것이었는데, 이로 인해 암석이 파열되고 묻힌 얼음이 녹아 액체 물이 모소행성 내부로 스며들었습니다. 정말 놀라운 일이었습니다! 이 충돌 사건이 모소행성을 교란시켜 류구를 형성한 원인일 수도 있습니다."

이 연구의 함의는 광범위합니다. 탄소가 풍부한 소행성들이 과학자들이 이전에 추정했던 것보다 훨씬 더 많은 물을 지구에 저장하고 운반했을 가능성을 시사합니다. 류구의 모소행성은 10억 년 이상 얼어붙은 물을 유지해 온 것으로 보이는데, 이는 유사한 천체가 어린 지구와 충돌했을 때 현재 모델 추정치보다 2~3배 더 많은 물을 운반했을 가능성을 의미합니다. 이러한 충돌은 초기 바다와 대기 형성에 중요한 역할을 했을 가능성이 있습니다.

"류구와 유사한 천체들이 그렇게 오랫동안 얼음을 유지했다는 생각은 놀랍습니다."라고 이즈카는 말했다. "이는 지구의 구성 요소가 우리가 상상했던 것보다 훨씬 더 습했음을 시사합니다. 이는 지구의 물 체계가 시작된 조건을 다시 생각해 보게 합니다. 아직 확실히 말하기는 이르지만, 저희 연구진을 비롯한 연구진은 이 연구를 바탕으로 지구가 언제 어떻게 생명체가 살 수 있게 되었는지를 포함한 여러 사실을 명확히 밝힐 수 있을 것입니다."

하야부사2는 불과 몇 그램의 물질만 가지고 돌아왔습니다. 많은 연구자들이 이 물질에 대한 실험을 원했기에, 각 실험에는 쌀알 하나 분량인 수십 밀리그램 정도만 사용할 수 있었습니다. 연구팀은 얻은 정보를 극대화하기 위해 원소를 분리하고 동위원소를 매우 정밀하게 분석하는 정교한 방법을 개발하여 현재 지구화학 분석 기술의 잠재력을 최대한 발휘했습니다.

"표본 크기가 작다는 것이 큰 도전이었습니다."라고 이즈카는 회상했다. "같은 조각에서 여러 원소를 분리하면서도 원소 손실을 최소화하는 새로운 화학 방법을 고안해야 했습니다. 이 방법이 없었다면 후기 유체 활동의 미묘한 징후를 결코 감지할 수 없었을 겁니다."

연구진은 또한 류구 샘플 내의 인산염 맥을 연구하여 후기 유체 흐름의 더욱 정확한 연대를 밝힐 계획입니다. 또한 오시리스-렉스 우주선이 소행성 베누에서 수집한 NASA 샘플과 결과를 비교하여 유사한 물 활동이 베누에서도 발생했는지, 아니면 류구에서만 발생했는지 여부를 검증할 것입니다. 이즈카와 동료들은 궁극적으로 물이 어떻게 저장되고, 이동되었으며, 최종적으로 지구로 이동했는지 추적하고자 합니다. 이 연구는 행성의 거주 가능성에 대한 우리의 이해를 지속적으로 형성하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.

자금 지원: 이 연구는 일본 과학 진흥 협회 KAKENHI 보조금(21KK0057, 22H00170)의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/10/251015230955.htm