Europa

유로파

The Satellite (Moon) of Jupiter: Europa

목성의 4대 위성 중 하나로서, 1610년 갈릴레이가 발견했다. 그리스신화에서 제우스와 관계를 맺은 여인의 이름에서 따왔다. 목성에서 두 번째로 가까워서 67만 1050㎞ 떨어져있고, 주기는 3.5512일, 지름은 3130km, 밀도는 3.0이다. 표면을 덮은 얼음 아래로 물이 존재한다고 생각된다. 표면의 검은 줄무늬에 대해 여러 학설이 있다.

나사가 목성의 얼어붙은 달 '유로파'의 디지털로 매만진 새로운 사진을 공개했다. 이토록 선명한 사진은 거의 처음이라고 할 수 있다. 갈라진 표면에 보이는 다양한 색채를 통해 우리는 유로파 표면의 지질학적 특징을 유추할 수 있다. 파란색과 흰색 지역은 거의 순수한 얼음물로 차 있고, 붉거나 갈색 지역은 얼음이 아닌 다른 물질로 구성되어 있다. 많은 학자들은 유로파가 태양계에서 생명체가 있을 가능성이 가장 높은 행성 중 하나로 추측하고 있다. (출처 : 허핑턴포스트)

목성의 4대 위성 가운데 이오 다음으로 목성에 가깝다. 1610년 G.갈릴레이가 손수 만든 망원경을 사용해 발견했고, 네덜란드 천문학자 마리우스에 의해 이름이 지어졌다. 에우로파라고도 하는데, 이 이름은 그리스신화에서 목성의 영어명인 주피터(제우스)와의 관계에서 유래되었다. (그리스 신화에서 제우스 신이 황소로 둔갑해 납치한 페니키아 공주 「에우로페」의 이름에서 차용한 것으로, 유럽 대륙 이름의 기원이기도 하다.)

목성 중심으로부터 67만 1050㎞ 거리에서 3.5512일을 주기로 공전하고 있다. 질량 4.8 10²²kg, 지름 3130km, 밀도 3.0으로 산출되고, 낮에도 지표온도가 -130℃나 된다. 목성이 지구를 중심으로 하여 태양의 정반대방향에 왔을 때인 충(衝, opposition) 무렵에 지구에서 바라본 밝기는 6등급이다. 표면에 덮여 있는 100km 두께의 얼음 때문에 희게 보이며, 그 아래에는 암석으로 이루어진 핵이 있을 것으로 추정된다. 온통 얼음으로 덮여 있어 산맥이나 깊은 계곡, 화산이 터진 자국은 보이지 않고, 다른 위성에서 볼 수 있는 운석 구덩이도 드물다.

크레이터는 지름 수십km 규모이고 단위면적당 수는 적다. 위성 표면의 검은 줄무늬는 갈라진 얼음 사이로 물이 솟아올라 다시 얼어붙으면서 균열이 생겨 나타난 것이라는 학설이 많다. 즉 한쪽에서는 목성, 다른 쪽에서는 가니메데와 칼리스토 2개의 큰 위성들으로부터 받는 조석에 의해 얼음이 균열된 틈으로 밑에 있는 물질들이 내보인다는 것이다. 이것은 아래에 액체 상태의 물이 존재한다는 것을 의미한다. 물은 얼음이 암석 내 방사성원소의 붕괴에 따른 열이나 목성으로부터의 기조력(起潮力)에 의해 가열되어 녹은 것으로 판단된다. 이와는 반대로, 오래된 얼음 표면이 죽 같은 내부로 가라앉고 다시 순환함으로써 균열이 생긴다는 주장도 있다.

<출처 : 두산백과 >

지구와 목성의 크기비교

목성과 4대 위성(가니메데,이오,유로파,칼리스토)

4대 위성이란 갈릴레이 위성 이라고도 불리며 목성의 67개 위성중 가장 큰 4 개의 위성을 말한다.

갈릴레이 위성(Galilean moons) 또는 갈릴레오 위성은 1610년 갈릴레오 갈릴레이가 발견한 4개의 자연 위성을 뜻한다. 이 위성은 목성의 위성 중 가장 큰 위성이며, 이들 위성의 이름은 이오, 에우로페, 가니메데스, 칼리스토 등 제우스의 연인의 이름을 따서 지었다. 이 위성은 태양계에서 태양과 8개 행성을 제외하고 가장 큰 위성이며 어떤 왜행성보다도 지름이 크다. 가니메데, 에우로파, 이오 3개 위성은 각각 1:2:4의 비율로 궤도 공명을 하며 공전한다. 갈릴레이는 이전에 비해 천체를 잘 관찰할 수 있게 한 망원경을 이용해 1609년부터 1610년에 목성에서 4개의 위성을 발견했다. 갈릴레이의 발견은 육안으로 아무것도 볼 수 없는 공간에서 망원경으로 천체를 발견했다는 점에서 망원경을 중요한 천문학 도구임을 입증한 것이다. 더 중요한 점은, 지구가 아닌 다른 천체를 도는 천체의 발견은 모든 천체가 지구 주위를 돈다는 지구중심설에 심각한 타격을 주었다.

목성의 위성인 가니메데, 에우로파, 이오 사이의 1:2:4 공명(Orbital resonance)

궤도 공명(軌道共鳴, Orbital resonance)은 천체 역학에서, 공전 운동을 하는 두 천체가 서로에게 규칙적이고 주기적인 중력을 미치는 결과 양자의 공전주기가 간단한 정수비로 됨으로써 일어나는 현상이다. 궤도 공명이 일어나면 두 천체가 서로에게 영향력을 행사하는 정도, 즉 궤도를 조절하고 강제하는 능력이 배가된다. 대부분의 경우 '불안정' 상호작용 상태로 끝나며, 공명이 더 이상 없을 때까지 서로 운동량을 교환하고 궤도를 변경하는 상태이다. 

어떤 상황에서는 공명계가 안정되고 자기 수정적이어서 천체들이 공명 상태로 남아 있는다. 목성의 위성인 가니메데, 에우로파, 이오 사이의 1:2:4 공명, 명왕성과 해왕성 사이의 2:3 공명 등이 그 예이며, 토성의 고리 사이의 간격 또한 토성의 안쪽 위성 간의 불안정 공명 상태로 인한 것이다. 특히 1:1 공명과 같은 특별한 경우는 큰 행성이 비슷한 궤도를 공유하는 다른 천체들을 '청소하는' 결과로 맺어지기도 하는데, 이는 현재 행성의 정의로도 사용되고 있다.

목성과 갈릴레이 위성을 합성하여 만든 크기 비교 사진. 

위에서부터 아래로 이오, 에우로파, 가니메데, 칼리스토이다.

갈릴레이 위성의 표면

유로파는 목성의 4대 위성(가니메데,이오,유로파,칼리스토) 중 하나이며

목성탐사선 ‘갈릴레오’가 촬영한 사진을 통해 유로파 표면에서 수없이 깨지고 다시 얼어붙은 흔적이 확인됐다.

Moons of solar system

유로파는 표면이 온통 얼음으로 뒤덮여 있는 차가운 위성입니다. 크기는 지구의 달 보다 조금 작은 정도입니다. 

얼음밖에 없는 위성에 생명체가 어떻게 사나요? 라는 의구심이 드는데 유로파의 중심에는 암석이 있고 이 암석이 목성의 중력과 주변 위성들의 인력등으로 인해 내부가 가열되고 그 가열된 열로 인해 두꺼운 얼음표면 밑에는 액체의 바다가 무려 수심160km에 달하는 상태로 있을거라고 예상하고 있답니다. 

두꺼운 표면으로 액체의 바다가 존재한다고 생각하는 이유는 유로파의 표면이 균열을 일으키고 있다는 것이죠.

안쪽의 따뜻한 물이 얼음을 녹이고 밖으로 분출되고 다시 차가운 온도 때문에 얼어붙으면서 균열이 생긴다는 거죠.

단면이 대충 이런 모습일 거라고 추정하고 있죠.

그럼 왜 유로파에 생명체가 살고 있을거라고 생각하느냐? 일단 우리는 지구에 살고 있고 지구의 생명의 근원은 '물'입니다. 그래서 우리가 행성이나 위성을 탐사할때 생명의 여부를 확인하는 가장 기본이 바로 물의 존재여부입니다. 

일단 그 점에서 유로파는 가장 기본적인 조건을 충족했습니다. 그리고 태양빛이 없긴하지만 지구의 해저에는 화산활동으로 뜨거운 열이 분출되는 열수공이라는 곳이 있는데 유로파에도 목성의 중력에 의한 조석작용으로 열수공이 존재하고 액체바다의 산소도 있음이 확인된다고 하네요. 즉 물+열수공+산소 등으로 생명체가 존재할 확률이 매우 높죠. 

  

생명체의 생김새는 대충 이렇게 생겼다고 합니다. 익숙하죠? 동족인 오징어를 닮아서 인가 봅니다.

이런 저런 이유로 두꺼운 얼음표면을 뚫어서 탐사를 하고 싶으나 가격도 만만찮고 혹시나 우리가 보낸 탐사선에 지구의 유기체가 묻어서 위성에 감염되어 버리면 안되기때문에 아직도 연구가 활발히 진행중이랍니다.

<출처 : 뽐뿌 - 목성의 4대 위성 유로파(에우로파)>

목성의 '달'인 유로파는 얼마나 많은 물을 가지고 있을까?

Jupiter's ice moon Europa

유로파는 암석으로 된 지각 위에 지구의 2배가 넘는 풍부한 물이 있고, 그 위를 단단한 얼음층이 덮고 있는 구조다. 그 얼음을 뚫고 때로 물이 분수처럼 솟는다. 액체 상태의 물은 체내에서 생체물질을 이동시키는 중요한 역할을 하기 때문에 생명 탄생의 기본 조건으로 꼽힌다. 

1995년부터 2003년사이에 목성계를 탐험한 갈릴레오탐사선의 탐사자료에 따르면 유로파는 얼음표면 바로 밑에 위성 전반에 걸쳐 깊은 수심을 가진 액체상태의 물을 가지고 있을 것으로 보이며 얼음 표면을 포함하여 그 수심을 재면 평균 수심은 대략 80에서 170킬로미터 범위에 달할 것으로 보인다. 이를 대략 100킬로미터 깊이로 간주하여 유로파의 모든 물을 공모양으로 만든다면 그 공은 반경 877킬로미터에 달하게 될 것이다. 

우측의 흥미로운 삽화는 유로파 자체의 크기와 유로파가 가지고 있는 모든 물을 모은 가상의 구체를 비교한 것으로서 이 가상의 구체 크기는 지구가 가진 물의 크기와 유사하다. 지구의 바다와 규모비교를 했을 때, 2~3배에 달하는 유로파의 바다는 우리 태양계에서 외계생명체를 탐색하려는 끈질긴 노력의 희망이 되고 있다. (지구와 유로파에 있는 물의 양 비교.gif)

 

유로파의 내부구조와 NASA가 제공한 유로파의 '대호수(Great Lake)' 가상 이미지

과학자들은 목성의 위성 유로파의 얼어붙은 표면 아래에 액체 상태의 물이 있는 거대한 호수가 존재하고 있으며 호수의 크기는 오대호(Great Lakes)와 비슷할 것이라고 밝혔다. 미국 과학자들은 미항공우주국(NASA)의 목성탐사 위성 갈릴레오가 촬영한 유로파의 외각(外殼) 지형을 분석한 결과 밑에서 따뜻한 물이 솟아오르고 있다는 징후를 발견했다고 네이처지 최신호에 발표했다. 물의 발견은 생명체 존재 가능성을 뜻하는 것이며 이번에 발견된 것 외에도 유로파의 외각 전역에 걸쳐 이런 호수들이 더 많이 존재할 가능성이 있어 보인다고 연구진은 밝혔다. 

이들은 지하 3㎞ 깊이에 있는 이 호수를 덮은 빙붕이 녹아서 깨지고 있는 것으로 보아 표면과 깊은 물 사이에 양분과 에너지의 교환이 이뤄지는 것으로 추측되며 이는 생명체 존재 가능성을 더욱 높여주고 있다고 말했다. 연구진은 유로파의 표면에서 두 개의 둥글고 울퉁불퉁한 이른바 `카오스 지형'을 발견했으며 이와 유사한 지구의 남극 지형, 즉 화산을 덮은 빙하 밑과 빙붕 위에서 일어나는 과정을 근거로 유로파의 지질 모델을 개발했다. 이들은 밑에서 솟아오르는 더운물로 얼음 표면이 녹으면서 균열이 일어나는 것으로 보인다고 밝혔다. 또 균열부 사이에서 물이 얼면서 기존 얼음이 새로운 얼음으로 보강되지만 얼음층 밑의 물이 다시 얼면서 표면의 얼음이 융기하는 것으로 보인다는 것이다.

 

유로파의 남극에서 탐지된 수증기와 분출되는 물기둥과 수증기를 그린 상상도

이 수증기는 유로파의 표면에서 분출하는 물기둥이 있다는 것에 대한 첫번째 강력한 증거가 된다. 이 수증기는 2012년 12월 허블우주망원경에 의해 관측되었다. 허블이 이 물기둥을 직접 촬영한 것은 아니며 산소와 수소로부터 방출되는 오로라 복사로부터 분광학적으로 탐지한 것이다. 이 오로라는 목성의 자기장에 의해 발생한 것이다. 이번 발견은 혹한의 표면으로부터 수증기가 방출되는 위성으로는 태양계에서 두번째로 발견된 사례가 된다.

유로파의 사진은 NASA의 보이저 호와 갈릴레오 우주탐사선으로부터 만들어진 유로파 전역 지도를 근거로 제작된 것이다. 주목할 만한 것은 유로파와 엔켈라두스의 분출 모두에 풍부한 수증기가 존재한다는 유사성이 있다는 점이다. 유로파가 가지고 있는 중력은 엔켈라두스보다 약 12배 정도 더 강하기 때문에 대략 영하 40도로 측정된 수증기는 엔켈라두스와는 달리 우주공간으로 뿜어져나올 수가 없다. 허블이 측정한 바에 따르면 유로파 표면으로부터 분출된 수증기는 고도 200킬로미터까지 치솟았다가 다시 표면으로 떨어져내렸다. 과학자들의 가설에 따르면 바로 이러한 작용이 유로파의 남극 지역을 훨씬 더 밝게 빛나는 지대로 만들었을 것이다.

(출처 : 목성의 위성 ‘유로파’ 에 생명체 존재 가능하다)

Europa's surface

  

1. The crescent Europa, as photographed by Voyager 2 in 1979

2. The crescent Europa image, considerably reprocessed to enhance detail. (Voyager Project, JPL, NASA)

3. An image of Europa taken by the Galileo spacecraft in the late 1990's, reprocessed with modern software by NASA in 2014 to show Europa in "natural color" with as much detail as possible.

closer view of the dirty streaks, intermixed with cleaner ice.	Shifting ice structures near the Earth's North Pole in mid-Spring	Rafts and ridges of  material on Europa	Closeup of Lenticulae ("freckles") on Europa
Another view of rafts  and ridges on Europa	Ice hills and fractures	An icy crater, Pwyll	Another impact structure, almost 90 miles across

 출처 : Images of Europa

미항공우주국(NASA)은 유로파의 생명체를 확인하기 위해 유럽항공우주국(ESA)과 함께 ‘EJSM’(Europa Jupiter System Mission) 계획을 진행하고 있다. 계획이 순조롭게 진행된다면 2020년 중반 쯤 유로파와 목성의 또 다른 위성인 ‘가니메데’(Ganymede)의 생명체 존재여부가 확인될 것으로 보인다.

목성 위성 ‘가니메데’에 거대한 바다, 수심이 지구 10배로…

목성위성 가니메데 바다 증거사진

목성의 위성 ‘가니메데’에 거대한 바다가 있다는 사실이 밝혀졌다. 태양계 천체에 이만큼 큰 바다가 있다는 사실이 알려진 것은 처음이라 생명체 존재 가능성에 대한 기대가 높아지고 있다. 미국 항공우주국(NASA)은 가니메데 표면에 있는 얼음 층 아래에 지구보다 더 많은 양의 물이 존재한다는 것을 확인했다고 12일(현지시간) 밝혔다.

NASA는 우주공간에 떠 있는 천체관측용 ‘허블우주망원경’을 이용해 가니메데를 촬영한 우주사진 결과물을 종합적으로 분석했다. 가니메데는 태양계 위성 중 유일하게 자기장이 관측되되며, 지구처럼 오로라도 생긴다. NASA팀이 이 자기장을 분석한 결과 소금물이 존재할 때 나타나는 보조자기장이 존재한다는 사실을 밝혀냈다. NASA는 가니메데의 바다발견에 앞서 토성의 위성 ‘엔켈라두스’에서 열수(뜨거운 물)가 솟구친다는 사실을 발견해 발표하기도 했다.

가니메데는 ‘목성’의 주위를 도는 ‘위성’이지만 지구의 절반 정도로 크기가 크다. 이번에 발견한 바다는 수심이 지구보다 10배 가량 깊은 약 97㎞ 정도로, 두꺼운 얼음층(약 153㎞) 아래에 숨어 있는 것으로 보인다. 이 바다에는 리터당 5그램의 소금이 녹아 있으며 수심이 얕은 연안에는 소금 농도가 10배 이상인 곳도 있을 것으로 나사는 내다봤다.

나사 관계자는 “허블 망원경을 통해 얻을 수 있는 가장 확실한 증거를 찾은 것”라며

“지구 너머에도 생명체가 있을 가능성이 한층 높아졌다”고 평가했다. 

이번 발견으로 앞으로 가니메데에 대한 탐사 계획도 한층 가속될 전망이다.

유럽우주기구는 오는 2022년 가니메데로 탐사선 주스(JUICE)를 쏘아 올릴 예정이다.

2015-03-15  동아일보 (전승민 동아사이언스기자 enhanced@donga.com)