By RAMIN SKIBBA, WIRED US

화성과 소행성대를 넘어서 태양과 5억 마일 떨어진 곳에서는 태양계가 매우 춥고 황폐해지어 생명체라고는 찾아볼 수 없는 곳처럼 보인다. 그러나 많은 과학자가 멀리 떨어진 위성에 매우 작은 외계 생명체가 서식할 가능성이 있다고 믿는다. 그리고, 적당한 장소를 본다면, 실제로 외계 생명체를 찾을 수도 있다. 다수 연구원은 외계 생명체를 발견하리라 희망을 품는 곳은 바로 유로파(Europa)의 두꺼운 얼음 표면 속이다.

다수 행성 과학자가 네 번째로 가장 큰 목성의 위성이자 지구와 가장 가까운 해양이 존재하는 위성이다. 토성의 위성인 타이탄(Titan)과 엔켈라두스(Enceladus) 등 생명체가 등장할 가능성이 있는 조건으로 제시된 염분이 풍부한 물과 다른 액체 등을 포함한 위성과 함께 태양계 내 해양을 포함한 위성이다. 최근, 행성 과학자는 미국 천문학 학회(American Astronomical Society)가 주관하여 2021년, 2년 연속 가상으로 열린 미국 연례 행성 콘퍼런스 현장에서 유로파의 균열이 있는 표면과 숨겨진 해양, 지질학 활동과 관련해 새로이 발견한 사실을 발표했다. 연구팀의 발표는 미국 항공우주국(NASA)와 유럽 우주국(European Space Agency)이 곧 진행할 임무와 함께 새로운 사실을 관측할 기회에 대한 희망을 불어넣는 전조이다.

애리조나주 플래그스태프에 있는 미국 지질조사국(US Geological Survey)의 우주 과학자인 마이클 블란드 박사(Michael Bland) 박사는 “유로파는 매우 환상적인 위성이다. 지구 바깥의 태양계 그 어느 공간 중에서도 미생물이 서식하도록 지지할 서식 가능한 환경을 유지할 확률이 가장 높다고 본다”라고 말했다. 10월 4일(현지 시각), 콘퍼런스에서 발표한 NASA 제트 추진 연구소 과학자 캐서린 엘더(Catherine Elder)에 따르면, 블란드 박사는 유로파의 역동적인 암석 내부 구조를 형성한 뒤, 유로파의 심해저를 생명체가 존재할 수 있는 영역이라고 판단했다. 

유로파의 해양은 얼음 표면에서 약 10마일 아래에 숨겨져 있으나 생명체가 서식하기에는 지나치게 춥다고 단정 지을 수는 없다. 유로파가 목성의 궤도를 돌기 때문에 기조력으로 지상보다 훨씬 아래에 있는 유로파의 맨틀 약 5%를 녹일 열을 생성한다. 블란드 박사는 마그마 일부가 맨틀 위에 쌓인 기온이 낮은 암석 물질의 작은 균열을 통해 최대 100마일까지 이동해 심해저에서 폭발할 수 있다고 주장한다. 만약, 블란드 박사의 주장대로 마그마 폭발 현상이 발생한다면, 지구의 열수구와 같은 기능을 할 것이다. 화산 심해저 균열은 햇빛과 광합성에 도달하기에는 표면에서 매우 깊은 곳에 있는 생명체에 에너지와 화학 성분을 제공한다. 어둡고 압력이 높은 영역에서 강한 유기체가 성장하면서 다른 활동을 할 가능성도 있다.
 
그러나 생명체가 존재하기 위한 과정이 이루어지려면, 마그마는 얼어서 굳기 전에 재빨리 해저에 도달해야 한다. 블란드 박사의 모델을 보았을 때, 마그마의 상승 속도는 마그마가 굳기 전에 해저에 도달하기 충분하다. 즉, 유로파 해저에 생명체가 존재할 확률이 있다는 의미이다. 블란드 박사는 “생명체가 존재할 가능성은 있지만, 특정 조건을 충족해야 한다. 또, 조건 충족 가능성이 보장된 것도 아니다”라고 말했다.

유로파는 목성의 갈릴레이 달(Galilean moons) 4개 중 하나로 알려졌다. 유로파는 갈릴레오 갈릴레이가 1610년, NASA의 망원경이 등장하기 전 최초로 발견했다. 유로파 이외의 다른 갈릴레이 달 은 화산과 황산, 방사능 폭발로 발생한 습지가 있는 목성과 가장 가까운 위성인 이오(Io)와 유로파와는 먼 곳에서 궤도를 도는 가니메데스(Ganymede)와 분화구가 있는 칼리스토(Callisto)이다. 가니메데스와 칼리스토 모두 해저 해양이 존재할 가능성이 제기됐으나 물은 두꺼운 표면보다 훨씬 더 깊은 곳에 있을 것으로 추정된다.

그러나 유로파는 독특한 위성이다. 다른 위성보다 표면이 상대적으로 얇으면서도 표면이 수 천개의 좁은 십자형 산등성이와 틈이 있다. 그중 일부는 전체 길이가 수백 마일이다. 애틀란타주 조지아공과대학교 소속 행성과학자인 미셸 밥콕(Michelle Babcock) 교수는 현재 구할 수 있는 유로파의 이미지 구조 형성 과정을 통해 구불구불한 산등성이 약 70개를 발견했다. 과학계에서 이미 설명할 수 있는 곧게 뻗은 호 형태의 산등성이가 아닌 여러 갈래로 움직이는 불규칙한 구조로 형성된 산등성이이다.

유로파 산등성이의 복합한 경로 생성 원인을 확실히 설명할 수는 없으나 유로파 외부의 깊고 선명한 산등성이 형태가 반복하여 목성과 거리가 가까워졌다가 멀어지는 유로파의 타원 궤도 때문에 생성되었을 가능성을 나타낸다. 밥콕 교수는 “유로파가 목성의 궤도를 돌면서 유로파의 표면이 늘어지면서 당겨지고, 조석 변형력 때문에 틈과 균열이 발생하면서 다양한 표면 특성 생성의 원인이 된 것으로 보인다”라고 설명했다. 10월 4일(현지 시각), 밥콕 교수 연구팀은 동료인 브리트니 슈미트(Britney Schmidt) 교수, 체이스 치버스(Chase Chivers) 교수와 함께 새로운 발견 사실을 발표했다.

유로파의 지질 활동으로 다른 위성보다 오래되지 않은 것처럼 보이는 표면을 둘러싼 수수께끼의 답도 찾을 수 있을 것으로 보인다. 유로파는 주변의 다른 위성과는 달리 여러 누대에 걸친 혜성과 소행성과 여러 차례 충돌해, 표면에 자국이 있는 모습이 되었다. 밥콕 교수 연구팀의 주장에 따르면, 유로파의 표면 모습은 어떤 형태로든 계속 바뀌며, 유로파의 산등성이 상당수는 시간이 지나면서 분화구를 가리게 될 것이다.

최근 열린 콘퍼런스에서 유로파를 집중적으로 연구한 다른 여러 연구팀은 유로파에 외계 박테리아가 존재할 가능성이나 표면이 더 뚜렷해지거나 기둥에서 수증기가 우주로 분출되는 방법, 인간이 외계 생명체를 찾기 전, 생명체를 파괴할 수도 있는 표면을 파괴하는 목성의 방사능의 효과 등을 나타내는 증거를 탐색했다.

그러나 유로파와 관련된 어떤 질문이든 확실한 답변을 하려면 새로운 우주 탐사 임무를 수행해야 한다. 가장 최근 이루어진 유로파 탐사는 20년 전, 최초로 발견한 이의 이름에서 유래한 전용 우주선 ‘갈릴레오’를 발사했을 때 이루어졌다. 갈릴레오는 유로파와 그 주변의 다른 위성과 가까운 경로로 이동하면서 탐사 도중 위성 사진을 촬영했다. 그전에는 1979년, 보이저 2호가 탐사 도중 사진을 촬영했다 2016년, 목성에 도달한 뒤 목성의 궤도를 도는 NASA의 주노(Juno) 우주선은 향후 2년간 궤도를 이동하면서 유로파를 어느 정도 관찰할 것이다. 유럽 우주국의 주스(JUICE) 탐사선은 2022년 중에 발사될 예정이며, 가니메데스 주변을 탐사할 때보다 더 많은 예산을 투자할 것이다.
 
이후, 블란드 박사와 밥콕 교수, 그리고 두 전문가의 동료 모두 2024년에 발사 예정인 NASA의 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 탐사 임무를 몇 년간 기다릴 것이다. 10월 7일(현지 시각), 콘퍼런스에서 발표한 볼타모어 존스홉킨스대학교 응용물리학 연구소 소속 행성 과학자인 캐슬린 크래프트(Kathleen Craft) 박사는 “유로파 클리퍼는 유로파에서 생명체가 서식할 가능성이 있는 영역과 해양이 있는 다른 위성 조사 방법을 평가할 것이다. 물론, 해양이 있는 다른 위성의 생명체 존재 가능성도 함께 생각할 것이다”라고 밝혔다.

여러 방향으로 펼쳐진 100피트 길이의 태양열 패널을 장착한 차량 크기의 궤도선인 유로파 클리퍼는 레이더와 라디오 신호, 중력 과학을 이용해 유로파의 구조를 연구할 예정이다. 연구 과정에는 단단한 얼음 표면의 두께와 표면 아래 해양의 깊이 측정 활동도 포함될 것이다. 또한, 유로파 해양에서 생성된 물방울을 함유할 수도 있는 수증기에서 표본을 채취할 예정이다. 수증기 표본으로 외계 생명체 존재 가능성을 확신할 수도 있기 때문이다. 바게트와 비슷한 크기의 관측 장비인 유로파 클리퍼는 탐사 도중 가스와 수증기를 흡수하고는 성분 분석과 분류 과정을 거친 뒤 중요한 데이터를 지구의 연구팀에게 전송할 계획이다.

유로파 클리퍼의 임무에는 향후 유로파로 향할 수도 있는 탐사 임무를 위한 대기 감시 활동도 포함됐다. 미래에 유로파 탐사에 나설 탐사선은 유로파의 표면 물질을 채취할 수도 있고, 외계 생명체 존재 가능성을 긍정적으로 나타내는 증거를 찾을 수도 있다.

다수 전문가는 향후 유로파 관측에 나설 탐사선을 준비하기 위해 그린란드를 비롯해 지구에서 유로파와 환경이 어느 정도 비슷한 곳을 찾고 있다. 그린란드 등 유로파와 비슷한 모습을 담은 곳의 위성 사진으로 유로파의 지형을 현실적으로 예측할 정보를 제공한다. 지금 당장 확보할 수 있는 유로파 사진의 해상도가 지형을 파악할 수 있을 정도로 선명하지 않다는 점에서 매우 중요한 과정이다. 유로파의 얼음 지형은 매끄러운 표면 영역이 작고 발견할 수 없는 위험성을 지닌 복잡한 얼음 구조에 가려졌을 가능성을 시사하기 때문이다. NASA의 행성 과학 비행 프로그램(Planetary Science Flight Programs) 수석 과학자이자 유로파 클리퍼 프로그램에 참여하는 과학자인 커트 니버(Curt Niebur) 박사는 “유로파는 지구와 다른 환경을 갖추었다”라고 언급했다.

연구팀은 생명체가 존재한다는 점을 암시하는 희망적인 증거를 지닌 착륙 지점의 과학적 가치와 해당 영역에 착륙할 때의 위험성 모두 중요하게 생각해야 한다. 니버 박사는 “다수 과학자는 항상 가장 흥미로운 착륙 지점을 이야기한다. 그러나 엔지니어는 가장 이상적이라고 언급된 착륙 지점에 실제 착륙할 때의 타격을 경고한다”라고 설명했다.

니버 박사 연구팀이 착륙 지점 착륙 방법과 관련된 세부 사항을 수정하기 전, 다른 연구팀이 보유한 것보다 더 나은 고해상도 사진이 필요하다고 말한다. 착륙 지점을 잘못 선택하면, 즉시 주요 탐사 임무 연구·개발에 급하게 서둘러 장기 투자해야 할 수도 있기 때문이다. 이어, 니버 박사는 지구에서 잘못된 지점을 탐사했다는 정보를 전송한다면, 잘못된 해양 영역의 표본과 생명체가 서식하지 않는 영역의 물을 극소량 보내기만 하는 상황을 상상해보라고 덧붙였다. 이 때문에 니버 박사는 “유로파에서의 외계 생명체 발견 결과 모두 유로파 클리퍼에 달려있다”라고 주장한다.

** 위 기사는 와이어드US(WIRED.com)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 고다솔 에디터)

<기사원문>
Astronomers Get Ready to Probe Europa’s Hidden Ocean for Life