인류가 존재하는 대부분의 기간 동안 지구는 바다로 둘러싸인 유일한 세계로, 다른 우주 섬과는 전혀 다른 것처럼 보입니다.

그러나 1979년에 NASA의 보이저 우주선 두 대가 목성을 통과했습니다. 얼어붙은 영역인 달 유로파는 홈과 균열로 장식되어 있습니다. 이는 표면 아래에 역동적인 무언가가 있을 수 있음을 암시합니다.

“보이저호 이후 사람들은 유로파에 이상하고 바다가 있을 수도 있다고 의심했습니다.” 프랜시스 님모, 캘리포니아 대학교 산타 크루즈 캠퍼스의 행성 과학자입니다.

그러다가 1996년에 NASA의 갈릴레오 우주선이 유로파를 지나다가 내부에서 나오는 이상한 자기장을 감지했습니다. “우리는 그것이 무엇인지 이해하지 못했습니다.”라고 말했습니다. 마가렛 키블슨, 우주선의 자력계를 담당했던 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스 캠퍼스의 우주 물리학자입니다. 결국, 그녀와 그녀의 팀은 달 내부에 있는 전기 전도성 유체가 목성의 거대한 자기장에 반응하여 경련을 일으키고 있다는 것을 깨달았습니다. Kavelson은 "유일한 의미가 있는 것은 얼음 표면 아래에 액체가 녹은 껍질이 있는 경우"라고 말했습니다.

2004년 NASA의 카시니 우주선이 토성에 도착했습니다. 토성의 작은 위성인 엔셀라두스를 관찰했을 때, 코루스케이팅(coruscating)을 발견했습니다. 얼음 기둥 달의 남극에 있는 거대한 틈에서 분출되는 것입니다. 그리고 카시니가 이 분출구를 통해 날아갔을 때 증거는 틀림이 없었습니다. 이것은 염분 바다가 우주로 격렬하게 흘러나오고 있다는 것이었습니다.

이제 지구의 바다는 더 이상 독특하지 않습니다. 그들은 단지 이상합니다. 그들은 우리 행성의 햇빛이 비치는 표면에 존재하는 반면, 외부 태양계의 바다는 얼음 아래에 자리 잡고 어둠 속에 잠겨 있습니다. 그리고 이 지하 액체 바다는 예외가 아닌 우리 태양계의 규칙인 것 같습니다. 유로파와 엔셀라두스 외에도 바다가 얼음으로 뒤덮인 다른 위성도 거의 확실하게 존재합니다. 우주선 함대는 향후 XNUMX년 동안 이를 자세히 조사할 것입니다.

이 모든 것은 명백한 역설을 불러일으킵니다. 이 위성들은 수십억 년 동안 우리 태양계의 추운 지역에 존재해 왔습니다. 이는 생성 과정에서 남은 열이 영겁의 세월 전에 우주로 빠져나가기에 충분한 기간입니다. 이제 모든 지하 바다는 단단한 얼음이 되어야 합니다. 그렇다면 태양의 따뜻함을 훨씬 넘어서 궤도를 도는 이 달들이 오늘날에도 어떻게 바다를 가질 수 있습니까?

수십억 년에 걸쳐 액체 상태의 바다를 유지하는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있다는 증거가 늘어나고 있습니다. 이러한 조리법을 해독하면 우주 전체에 생명체가 출현하는 것이 얼마나 쉬운지 또는 어려운지를 판단하려는 우리의 탐구가 가속화될 수 있습니다. 갓 분석됨 오래된 우주선의 데이터, 그리고 NASA의 최근 관측 주노 우주선 그리고 제임스 웹 우주 망원경, 이러한 따뜻한 바다에는 생물학에 유익한 화학 물질이 포함되어 있으며 내부 태양계가 생명체가 잠재적으로 집이라고 부를 수 있는 유일한 장소가 아니라는 증거가 늘어나고 있습니다.

이 해양 위성은 또한 더 큰 가능성을 제공합니다. 온화하고 잠재적으로 살기 좋은 바다는 행성 형성의 불가피한 결과일 수 있습니다. 행성과 위성이 별의 핵 모닥불에서 얼마나 멀리 떨어져 있는지는 중요하지 않을 수 있습니다. 그리고 그것이 사실이라면, 지구 너머의 생명체를 찾기 위해 우리가 탐험할 수 있는 풍경의 수는 거의 무한합니다.

“얼음 달 아래 바다는 이상하고 있을 법하지 않은 것 같아요.” 스티븐 밴스, NASA 제트추진연구소의 우주생물학자이자 지구물리학자입니다.

그럼에도 불구하고 이 외계 바다는 여전히 액체 상태로 남아 있습니다.

거울로 뒤덮인 바다

과학자들은 목성과 토성을 공전하는 소수의 위성, 심지어 천왕성과 해왕성 주위를 공전하는 달 중 일부가 바다를 품고 있다고 의심합니다. 거대한 가니메데와 분화구가 있는 칼리스토는 유로파와 같은 약한 자기 신호를 생성합니다. 토성의 안개로 뒤덮인 타이탄 역시 지하에 액체-물 바다가 있을 가능성이 매우 높습니다. 이들은 "지역 사회의 대부분의 과학자들이 꽤 자신있게 느끼는 XNUMX가지"라고 말했습니다. 마이크 소리, 퍼듀 대학의 행성 과학자.

지금까지 유일한 해양 확실성은 엔셀라두스(Enceladus)입니다. “그건 말도 안 되는 일이군요.”라고 말했습니다. 칼리 하웨트, 옥스포드 대학의 행성 과학자.

1980년대에 일부 과학자들은 엔셀라두스에 깃털이 있다고 의심했습니다. 토성의 E 고리는 너무 깨끗하고 빛났기 때문에 아마도 위성 중 하나에서 무언가가 우주로 새어 나와 끊임없이 새로워지고 있는 것 같습니다. 카시니가 마침내 행성을 장식하는 마법이 작동하는 것을 목격한 후, 과학자들은 달의 남극 기둥이 햇빛에 의해 달의 껍질에 있는 얼음이 증발하는 현상일 수 있는지에 대해 간략하게 의문을 제기했습니다. 이는 아마도 햇빛에 의해 가열되면 드라이아이스가 끓어오르는 것과 비슷할 것입니다.

Nimmo는 “한동안 바다가 꼭 필요한지에 대한 논쟁이 있었습니다.”라고 말했습니다. “정말로 문제가 된 것은 [카시니]가 연기 속을 날아가서 소금인 염화나트륨을 발견했을 때였습니다. 저건 바다야.” 이 기둥이 더 작고 더 고립된 바다에서 분출될 가능성은 여전히 ​​있었습니다. 그러나 카시니의 추가 관측에 따르면 엔셀라두스의 껍질은 앞뒤로 심하게 흔들리고 있어 엔셀라두스의 껍질이 지구의 바다에 의해 달의 더 깊은 내부와 분리되어야 한다는 사실이 밝혀졌습니다.

기둥은 또한 심해 열수 분출구 활동의 징후인 수소와 석영을 펌핑한다고 말했습니다. 프랭크 포스트버그, 베를린 자유 대학의 행성 과학자. 지구상에서 그러한 분출구는 햇빛이 닿지 않는 곳에 존재하는 생태계, 즉 한때 과학자들이 광합성에 의존하는 우리 세계에서는 존재할 수 없다고 생각했던 유기체 공동체에 전력을 공급하는 데 필요한 열과 화학을 생성합니다.

하지만 바다 전체를 가열할 만큼 강력한 통풍구 시스템에 전력을 공급하는 것은 무엇일까요? 또 다른 달, 즉 불 같은 달 중 하나가 그러한 단서를 제공할 것입니다.

영원한 지옥불의 파도

보이저 1979호가 유로파를 근접비행하기 한 달 전인 2년 XNUMX월, 과학자들은 발표 보이저 1호는 여러 화산의 분출 지문인 이오 상공으로 솟아오르는 거대한 우산 모양의 기둥을 목격한 적이 있습니다.

이 관찰은 당혹스러웠을 것입니다. 화산 활동에는 내부 열원이 필요하며, 이오는 다른 얼음 달과 마찬가지로 불씨에 지나지 않았어야 했습니다. 그러나 몇 달 전에 독립적인 과학자 팀이 정확하게 말했습니다. 예측 이오는 극도로 활동적인 화산 세계일지도 모릅니다.

그들은 그들의 예측을 바탕으로 했습니다. 궤도 댄스 목성의 가장 큰 위성 중 하나. 이오가 XNUMX개의 궤도를 완료할 때마다 유로파는 XNUMX개, 가니메데는 XNUMX개를 만듭니다. 공명이라고 알려진 이러한 궤도 구성으로 인해 Io는 앞뒤로 흔들리게 되어 궤도가 타원형이 됩니다. 이오가 목성에 가까워지면 행성의 중력이 더욱 강렬하게 끌어당겨집니다. 멀리 있을수록 목성의 잡아당김은 약해집니다. 끝나지 않는 중력의 줄다리기가 이오의 바위 표면을 만든다 위아래로 이동 100m는 30층 건물 높이와 맞먹는다. 이것은 지구와 마찬가지로 물이 아닌 단단한 암석에 있는 조수입니다.

이러한 조석은 달 내부에 마찰을 일으켜 열을 발생시킵니다. 그리고 그 조수 가열은 이오 내부 깊은 곳의 암석을 녹일 만큼 강력합니다. Nimmo는 “Io에는 바다가 없지만 아마도 마그마 바다가 있을 것”이라고 말했습니다. (갈릴레오는 그곳에서도 XNUMX차 자기장을 포착했습니다. 전 세계의 녹은 암석이 담긴 지하 저수지.)

유로파도 약간의 조석 가열을 경험합니다. 그러나 그러한 조수가 바다를 얼마나 따뜻하게 하는지는 달 내 어디에서 발생하는지에 따라 달라집니다. 즉, 액체 상태를 유지하려면 충분한 양의 열이 바다에 도달해야 합니다. Nimmo는 “조수 가열은 얼음 껍질 자체에서 일어날 수도 있고, 아래에 있는 암석 중심부에서 일어날 수도 있습니다.”라고 말했습니다. 과학자들은 어느 것이 맞는지 모르기 때문에 조수 가열이 유로파의 액체 내부에 얼마나 많은 영향을 미치는지 확실히 말할 수 없습니다.

엔셀라두스 역시 이웃 달인 디오네와의 중력 탱고로 인해 늘어나거나 압축됩니다. 이론적으로 이것은 달 내부를 따뜻하게 하는 조수를 생성할 수 있습니다. 그러나 적어도 종이상으로는 디오네와의 공명에 의해 생성된 조수는 그 바다를 설명하기에 충분하지 않은 것 같습니다. 소리는 숫자가 아직 작동하지 않으며 생산되는 열의 양은 태양계 탄생 이후 수십억 년 동안 전 세계 해양을 유지하기에 충분하지 않다고 말했습니다. 아마도 유로파와 마찬가지로 과학자들은 엔셀라두스 내에서 조수가 열을 생성하는 위치를 잘 알지 못할 것입니다.

또 다른 혼란스러운 요인은 천문학적 시간 동안 궤도가 고정되지 않는다는 것입니다. 행성 시스템이 진화함에 따라 달은 이동하고 "조석 가열은 사물이 서로 다른 공명을 드나들면서 켜지거나 꺼질 수 있습니다"라고 말했습니다. 데이비드 로더리, 영국 Open University의 행성 과학자입니다. 과학자들은 이전에 댄스 파트너였을 수 있는 두 개의 천왕성 위성인 미란다(Miranda)와 아리엘(Ariel)에서 이런 일이 일어났다고 의심합니다. 이 위성들은 한때 지질학적으로 활동적이었던 것처럼 보이지만 지금은 틀림없이 겨울 왕국 그들의 핵심에.

비슷한 맥락에서, 엔셀라두스는 항상 디오네를 댄스 파트너로 두지 않았을 수도 있습니다. 아마도 토성 주위를 도는 부기가 최근에 시작되어 이전에 단단했던 달을 따뜻하게 했을 것입니다. 그러나 그 시나리오는 설명하기에도 번거롭다. Sori는 “바다를 얼렸다가 다시 녹이는 것보다 주변에 바다를 유지하고 유지하는 것이 더 쉽습니다.”라고 말했습니다. 따라서 조석 가열이 엔셀라두스의 바다에 전적으로 책임이 있다면 달은 수십억 년 동안 뛰어온 베테랑 댄서입니다.

현재로서는 이 달의 바다에 대해 유일하게 확실한 것은 그것이 존재한다는 것입니다. 그것이 어떻게 생겨났고 오늘날에도 어떻게 존재하는가는 “아주 풀리지 않은 가장 큰 문제 중 하나”라고 Sori는 말했습니다. "엔셀라두스는 알아내기가 어렵습니다."

방사성 배신자 

다행스럽게도 따뜻한 달빛 실내는 조수에만 의존하지 않습니다.

지구 내부 열의 절반은 탄생에서 나왔습니다. 나머지는 방사성 원소의 붕괴로 인해 발생합니다. 마찬가지로, 얼음 달의 암석이 풍부한 깊이에는 상당한 양의 우라늄, 토륨 및 칼륨이 포함되어 있어야 합니다. 이 방사성 저장고는 수십억은 아니더라도 수억 년 동안 주변 환경을 끓일 수 있으며 안정적인 원소로 붕괴되어 열 방출을 중단합니다. .

더 큰 위성은 더 풍부한 방사성 물질 캐시를 가지고 시작되었을 것입니다. 그리고 아마도 그것이 바다에 필요한 전부일 것입니다. Vance는 "가니메데, 칼리스토, 타이탄과 같은 더 큰 위성의 경우 이러한 방사능 요인 때문에 일종의 불가피한 일입니다."라고 말했습니다. 일부 과학자들은 심지어 명왕성이 지하 바다가 있다. 세 개의 달과 마찬가지로 이 왜행성은 방사성 화로가 우주로 누출되는 속도를 늦추는 충분히 두꺼운 지각으로 절연되어 있을 가능성이 높습니다.

그러나 엔셀라두스와 같은 소인국 위성의 상대적으로 작은 심장에는 수십억 년 동안 따뜻하게 유지하기에 충분한 방사성 물질이 포함되어 있지 않습니다. 이 수수께끼에 대한 불만족스러운 해결책 중 하나는 엔셀라두스가 운이 좋았을 수도 있다는 것입니다. 방사능은 해양 과거의 초기 부분을 설명할 수 있으며, 디오네와의 춤은 더 최근의 에피소드를 설명할 수 있습니다. 아마도 “우리는 이제 교차점에 도달해 방사성 [가열]이 너무 낮아져 조수 가열이 대신하게 되는 것”이라고 Postberg는 말했습니다.

그렇다면 엔셀라두스는 조석 가열과 방사능이 우연히 결합된 우주의 축소판일 것입니다. 이는 해양 달이 어디에나 존재할 수 있거나 반대로 거의 어디에도 존재할 수 없다는 것을 의미합니다.

젊은 바다

대안으로, 논란의 여지가 있지만 일부 과학자들은 엔셀라두스가 놀라울 정도로 젊을 수 있다고 주장합니다.

카시니 우주선이 수집한 수많은 데이터에는 토성이 상징적인 고리를 갖고 태어나지 않았다는 힌트가 숨겨져 있습니다. 대신에, 이제 많은 과학자들은 다음과 같이 확신하고 있습니다. 고리가 형성됨 불과 몇억년 전. 달 간의 폭력을 시뮬레이션하기 위해 슈퍼컴퓨터를 사용한 새로운 연구에 따르면 스테고사우루스가 지구를 돌아다닐 무렵 두 개의 고대 달이 충돌하면서 토성의 고리가 형성되었다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 충돌은 토성의 궤도를 수많은 얼음 파편으로 뒤덮었습니다. 많은 사람들이 고리를 형성하는 동안 다른 사람들은 기존 달을 파괴하고 새로운 것을 만들었습니다. 그리고 고리가 젊다면 엔셀라두스와 소수의 다른 위성들도 젊을 수 있습니다.

“사람들이 달이 젊다는 점을 고려하는 데 점점 더 개방적인 것 같습니다.”라고 말했습니다. 제이콥 케거리스, 캘리포니아주 마운틴뷰에 있는 NASA 에임스 연구 센터의 연구 과학자이자 최근 고리 형성 연구의 공동 저자입니다.

이 아이디어를 뒷받침하는 반전으로, 과학자들은 토성의 위성 중 일부가 몇 살인지 모른다는 사실이 밝혀졌습니다. “엔셀라두스의 나이는 고작 몇억 년에서 수천만 년에 불과할 수도 있습니다.”라고 로더리는 말했습니다. 그렇다면, 열광적인 탄생으로 인한 열기가 여전히 어린 바다 액체를 유지하고 있을 수 있습니다.

그러나 젊은 달의 이야기는 확실하지 않습니다. 많은 사람들이 표시하는 크레이터의 수는 달이 수 영겁 동안 태양계의 핀볼과 같은 대혼란을 경험하기 위해 주변에 있었음을 암시합니다. Nimmo는 “내 생각에는 토성계에서 몇 억 년 전에 이상한 일이 일어났다고 생각합니다.”라고 말했습니다. "하지만 내 추측으로는 모든 위성의 나이가 4.5억년 된 것 같아요."

위성 점쟁이

갈릴레오와 카시니 임무가 오래전에 종료됨에 따라 과학자들은 이제 두 개의 우주선에 희망을 걸고 있습니다. 최근 발사된 유럽 우주국의 목성 얼음 위성 탐사선과 아직 발사되지 않은 NASA의 유로파 클리퍼입니다. 둘 다 다음 XNUMX년 초에 목성에 도착할 것입니다.

그리고 그것은 우리를 지구의 바다가 존재하는 우주적 맥락을 처음으로 재구성하도록 강요한 달인 유로파로 다시 돌아오게 합니다.

2024년 XNUMX월 비행 예정인 Clipper 우주선의 목표 중 하나는 다음과 같습니다. 임무의 목표 목록) 유로파의 바다가 존재한다는 것을 "확인"하기 위해. Nimmo는 “그 단어에 대해 많은 논쟁이 있었습니다.”라고 말했습니다. Clipper는 바다가 아닌 다른 것을 찾을 수도 있습니다. 대신 녹은 물로 가득 찬 얼어붙은 바다가 있을 수도 있습니다. 또는 Nimmo는 "얇은 금층일 수도 있습니다"라고 농담했습니다. “내 생각에는 거기에 바다가 있다는 것이 99% 확실해요.”

Clipper가 유로파 바다의 존재를 확인한다고 가정하면 달과 그 지하 바다의 특징을 파악하는 작업에 착수하게 됩니다. 이를 위해 우주선은 달 표면에 어떤 분자가 있는지 알아내는 것부터 시작합니다. 그리고 운이 좋다면 과학자들이 아래 바다에도 있는지 알아낼 것입니다. Clipper는 달 옆을 비행하면서 달 표면에서 나오는 미세한 먼지, 얼음 또는 수증기를 섭취합니다. 그 입자들은 그것에 의해 연구될 것이다. 표면 먼지 분석기 도구: 곡물이 금속판에 닿으면 기화되고 전기적으로 대전되어 도구를 통해 곡물의 화학적 특성을 밝힐 수 있습니다.

희망은 깃털이 유로파의 바다를 우주로 부드럽게 배출하여 Clipper의 탐구를 훨씬 더 쉽게 만드는 것입니다. 그러한 분출구가 존재할 수도 있지만 엔셀라두스의 분출구와 같지는 않을 것입니다. 이는 더 간헐적이고 지리적으로 산발적일 수 있습니다. 또는 전혀 존재하지 않을 수도 있습니다. 이 경우 미세 운석 충돌이 얼음 껍질을 깎아내 바다의 수프콘을 해방시켜 클리퍼를 향해 뿌릴 수 있다는 희망이 있습니다.

그리고 따뜻함을 유지하기 위해 유로파와 다른 달들은 우리가 예상하는 것만큼 외계인이 아닌 화학적 트릭에 의존한다는 것이 밝혀질 수도 있습니다. 소리는 겨울에는 “녹는 온도를 낮추기 위해 도로에 소금을 뿌린다”고 말했습니다. 어쩌면 유로파의 바다는 특히 염도가 높아 어는점이 낮아질 수도 있습니다. 그러나 다른 화합물은 더 효과적인 부동액이 될 수 있습니다. 특히 "암모니아"는 태양의 기화 눈부심에서 멀리 떨어져 있을수록 더 풍부하다고 Sori는 말했습니다.

조수, 방사능, 화학 및 젊음: 이러한 성분을 올바른 방식으로 혼합하면 이 얼음 달에 바다를 생성하고 유지할 수 있습니다. Howett는 “이 모든 것에서 둘 중 하나라고 생각하지 않습니다.”라고 말했습니다. 각 위성의 구체적인 레시피는 다를 수 있습니다. 바다로 가득 찬 얼음 달을 만드는 방법은 수백 가지가 있을 수 있습니다.

유로파의 비밀 바다의 발견은 "사람들이 달에 대해 생각하는 방식을 정말로 바꾸었습니다"라고 Kivelson은 말했습니다. 그리고 그것은 외계 생명체가 이러한 외계 바다에 거주할 수 있는지를 결정하고 아마도 우주에서 우리의 위치에 대한 우리의 개념을 영원히 바꿀 발견을 가져올 수 있는지 결정하기 위한 과정에 과학을 설정했습니다.

콴타 에서는 청중에게 더 나은 서비스를 제공하기 위해 일련의 설문조사를 실시하고 있습니다. 우리의 물리학 독자 설문조사 그러면 당신은 무료로 승리할 수 있는 자격을 얻게 될 것입니다 콴타 상품.