토성의 얼음 위성 엔셀라두스 아래의 따뜻한 바다는 생명체가 살기에 적합할 수 있다

이 그림은 토성의 얼음 위성 엔셀라두스에서 남극 지역의 균열에서 뿜어져 나오는 얼음 입자, 수증기, 유기 분자의 기둥을 보여줍니다. 출처: NASA/JPL-Caltech

NASA 카시니 탐사선의 새로운 연구에 따르면, 토성의 가장 흥미로운 위성 중 하나이자 외계 생명체의 유력한 후보지인 엔셀라두스가 극지방과 극지방 모두에서 열을 방출하고 있는 것으로 나타났습니다. 이 놀라운 발견은 얼음으로 뒤덮인 엔셀라두스가 생명체가 자리 잡는 데 필요한 장기적인 열 균형을 갖추고 있음을 시사합니다. 이 연구 결과는 11월 7일 Science Advances 에 게재되었습니다.

옥스퍼드 대학교, 사우스웨스트 연구소, 그리고 애리조나주 투산에 있는 행성과학연구소의 과학자들로 구성된 연구팀은 엔셀라두스의 북극에서 상당한 열 흐름의 첫 번째 증거를 발견했습니다. 지금까지 과학자들은 열 손실이 간헐천이 수증기와 얼음 입자를 우주로 뿜어내는 남극에서만 발생한다고 생각했습니다. 하지만 새로운 측정 결과는 엔셀라두스가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 열적으로 활동적임을 확인시켜 주며, 이는 엔셀라두스가 휴면 상태의 얼어붙은 위성보다 훨씬 더 많은 열을 생성하고 방출한다는 것을 시사합니다.

얼음 아래 숨겨진 바다

엔셀라두스는 지질학적으로 활발한 행성으로, 얼음 표면 아래에 소금기가 가득한 바다가 숨겨져 있습니다. 과학자들은 이 바다가 엔셀라두스의 내부 열의 주요 원천이라고 생각합니다. 액체 상태의 물, 온기, 그리고 필수적인 화학 성분(인과 복합 탄화수소 등)을 포함하고 있기 때문에, 이 지하 바다는 태양계에서 지구 너머 생명체가 살기에 가장 유망한 환경 중 하나로 여겨집니다.

생명체가 번성하려면 엔셀라두스의 바다가 장기간 안정적으로 유지되어야 하며, 에너지의 획득과 손실 사이의 균형을 유지해야 합니다. 이러한 균형은 토성의 강력한 중력에 의해 발생하는 조석 가열을 통해 유지되는데, 이는 엔셀라두스가 공전하면서 위성을 늘이고 압축합니다. 열이 너무 적게 생성되면 엔셀라두스의 표면 활동이 약해지고 바다는 결국 얼어붙을 수 있습니다. 그러나 에너지가 너무 많으면 과도한 지질 활동이 촉발되어 바다를 지탱하는 섬세한 환경이 파괴될 수 있습니다.

"엔셀라두스는 지구 외부에서 생명체를 찾는 데 있어 핵심적인 목표이며, 엔셀라두스의 에너지가 장기적으로 어떻게 이용 가능한지 이해하는 것은 엔셀라두스가 생명체를 유지할 수 있는지 여부를 판단하는 데 중요합니다."라고 이 연구의 주저자인 조지나 마일스 박사(옥스퍼드 대학교 물리학과 방문 과학자이자 사우스웨스트 연구소 소속)가 설명했습니다.

엔셀라두스의 신비한 온기 측정

최근까지 과학자들은 달의 남극에서만 열 손실을 측정해 왔습니다. 북극은 지질학적으로 조용하고 활동이 없는 것으로 여겨졌습니다. 이러한 가정에 이의를 제기하기 위해 연구팀은 NASA의 카시니 우주선 데이터를 사용하여 2005년의 한겨울과 2015년 여름, 두 가지 주요 기간 동안 북극 지역을 연구했습니다. 이러한 관측을 통해 과학자들은 엔셀라두스의 상대적으로 "따뜻한" 지하 해양(0°C, 32°F)에서 얼음 지각을 거쳐 표면으로 열이 이동하면서 얼마나 많은 에너지를 잃는지 추정할 수 있었습니다. 표면은 여전히 ​​혹독한 추위(-223°C, -370°F)를 유지하다가 우주로 빠져나갔습니다.

긴 극야 동안 예상되는 표면 온도를 모델링하고 카시니호의 복합 적외선 분광계(CIRS)의 적외선 데이터와 비교한 결과, 연구진은 북극 표면 온도가 예상보다 약 7도 더 높았음을 발견했습니다. 이러한 과도한 온도 상승에 대한 유일한 설명은 숨겨진 바다에서 위로 새어 나오는 열입니다.

연구팀은 제곱미터당 46±4밀리와트의 열 흐름을 측정했습니다. 이는 미미한 수치처럼 들릴지 모르지만, 지구 대륙 지각을 통해 방출되는 평균 열량의 약 3분의 2에 해당합니다. 엔셀라두스 전체에서 이는 약 35기가와트의 에너지에 해당하며, 이는 6,600만 개의 태양광 패널(각 530W)이나 10,500개의 풍력 터빈(각 3.4MW)이 생산하는 전력량과 거의 같습니다.

얼음 아래의 안정적인 바다

새로운 측정값을 활동적인 남극에서 이전에 감지된 열과 합치면 엔셀라두스의 총 열 손실량은 약 54기가와트에 달합니다. 이 수치는 조석력에 의해 생성되어야 하는 열량에 대한 예측과 매우 일치합니다. 열 생성과 손실 사이의 거의 완벽한 균형은 엔셀라두스의 바다가 오랜 시간 동안 액체 상태를 유지하여 생명체가 발달할 수 있는 안정적이고 장기적인 환경을 제공할 수 있음을 시사합니다.

"엔셀라두스가 지구 전체에서 얼마나 많은 열을 잃고 있는지 이해하는 것은 엔셀라두스가 생명체를 지탱할 수 있는지 여부를 파악하는 데 매우 중요합니다."라고 이 연구의 교신 저자인 칼리 호윗 박사(옥스퍼드 대학교 물리학과 및 애리조나주 투산 행성과학연구소)는 말했습니다. "이 새로운 결과가 엔셀라두스의 장기적인 지속가능성을 뒷받침한다는 것은 매우 흥미로운데, 이는 생명체 발달에 필수적인 요소입니다."

바다는 얼마나 오랫동안 존재해 왔는가?

과학자들의 다음 과제는 엔셀라두스의 바다가 얼마나 오랫동안 존재했는지 알아내는 것입니다. 만약 수십억 년 동안 존재했다면, 생명체가 존재할 수 있는 조건은 충분히 오랫동안 안정적이었을 것입니다. 그러나 바다의 정확한 나이는 여전히 불확실합니다.

미래 임무를 위한 엔셀라두스 매핑

이 연구는 또한 열 측정값을 통해 엔셀라두스의 얼음 껍질 두께를 추정할 수 있음을 보여주었는데, 이는 로봇 탐사선이나 착륙선을 이용하여 엔셀라두스의 바다를 탐사하려는 향후 임무를 계획하는 데 중요한 요소입니다. 분석 결과, 북극 얼음의 두께는 20~23km, 달 전체 평균 두께는 약 25~28km로, 다른 모델에서 도출된 기존 추정치보다 약간 더 깊습니다.

마일스 박사는 "엔셀라두스의 전도열 흐름으로 인한 미묘한 표면 온도 변화를 일일 및 계절적 기온 변화로 파악하는 것은 어려운 과제였으며, 카시니의 장기 임무 덕분에 가능했습니다."라고 덧붙였습니다. "이 연구는 생명체가 존재할 가능성이 있는 해양 세계에 대한 장기 임무의 필요성을 강조하며, 데이터가 수집된 후 수십 년이 지나야 모든 비밀이 밝혀질 수 있다는 사실을 보여줍니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/11/251109032415.htm