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과거 연구에서 가니메데가 지구의 모든 바다를 합친 것보다 더 많은 물을 포함한 지하 바다를 갖고 있을 것이라는 주장이 나온 바 있다. 다만 가니메데는 너무 추운 나머지 표면의 물이 단단히 얼어붙어 얼음 지각을 이루고 있다. 하지만 가니메데의 바다는 지하 160㎞ 아래 숨어 있다.
이전 연구에서는 가니메데 표면의 얼음이 고체에서 직접 기체로 승화한 수증기가 가니메데의 얇은 대기층 일부를 형성할 수 있다고 제안했다. 그러나 이 물에 대한 증거는 지금까지 확인하기 어려운 것으로 알려져 왔다. 새 논문에서 연구팀은 미 항공우주국(NASA)의 허블우주망원경으로 수집한 가니메데의 오랜 데이터와 함께 최근의 데이터를 같이 분석했다.
1998년 허블우주망원경은 지구의 북극광과 남극광과 같은 현상인 가니메데의 오로라를 보여주는 첫 자외선 이미지를 포착했다. 전하를 띤 오로라 안의 다채로운 가스 리본은 가니메데가 약하지만 자체 자기장을 가지고 있다는 증거였다. 이 오로라 밴드에서 감지된 자외선 신호는 각각 두 개의 산소 원자로 구성된 산소 분자의 존재를 암시하며, 이는 하전 입자가 가니메데의 얼음 표면을 침식할 때 생성되는 것이다. 그러나 방출된 자외선 복사 중 일부는 순수한 산소 분자가 포함된 대기에서 나오는 복사와는 일치하지 않았다. 이전 연구에 의하면, 이러한 불일치가 산소 원자, 즉 단일 산소 원자의 신호와 관련이 있는 것으로 나타났다.
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연구팀은 가니메데의 표면 온도가 적도에서 정오 기준으로 섭씨 영하 123도, 밤에는 약 193도까지 큰 폭으로 떨어진다는 사실에 연구의 초점을 맞췄다. 그 결과 가니메데 표면의 가장 뜨거운 지점에서 얼음이 직접 증기로 변할 만큼 충분히 따뜻해질 수 있음을 알아냈다. 연구팀은 가니메데의 여러 자외선 이미지 사이에서 보이는 차이가 기후에 따라 위성의 대기 중 수증기가 존재할 것으로 예상되는 위치와 일치한다는 점에 주목했다.
연구를 이끈 스웨덴 왕립공대(KTH) 로렌츠 로스 교수는 “대기 중의 수증기는 데이터와 매우 잘 일치한다”면서 “이전 연구가 가니메데 대기에서 물을 감지하지 못한 주된 이유는 산소분자의 자외선 신호가 매우 강했기 때문으로, 산소분자의 신호가 강할 경우 다른 신호를 찾기가 어렵다”고 설명했다. 이어 “이러한 발견은 수증기가 실제로 외부 태양계의 얼음 천체의 대기에도 존재할 것임을 시사한다”면서 “이제 우리는 우주의 더 많은 곳에서 수증기를 볼 수 있을 것”이라고 전망한다. 이번 연구결과는 과학저널 ‘네이처 천문학’(Nature Astronomy) 26일 자에 발표됐다.
이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com
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