태양계 끝에 있는 명왕성이 화산 때문에 울퉁불퉁한 모습을 갖게 된 것으로 밝혀졌다. 지구와 비슷한 과정이지만 화산이 뿜어낸 것이 용암이 아니라 슬러시 같은 얼음이라는 점이 다르다.
미국 사우스웨스트 연구소의 켈시 싱어 박사 연구진은 29일(현지 시각) 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션’에 “미항공우주국(NASA·나사)의 명왕성 탐사선인 뉴허라이즌스가 관측한 명왕성의 두 산은 최근까지 얼음을 뿜어내는 화산 때문에 지금과 같은 불규칙적인 지형을 갖게 됐다”고 밝혔다.
◇수백만년 이내 얼음화산 분출 추정
태양계의 끝자락에 있는 명왕성은 태양으로부터 59억㎞ 떨어진 얼음 천체로, 이제는 행성이 아니다. 2006년 국제천문연맹으로부터 행성 지위를 박탈당하고 아래 단계인 왜행성(矮行星)으로 강등됐다. 모양이 길쭉한 데다 행성처럼 태양을 돌면서도, 다른 행성 등의 영향을 받아 궤도가 불안정하기 때문이다. 명왕성은 가장 큰 위성인 카론과 서로 주위를 돈다.
뉴허라이즌스는 2006년 1월 19일 발사돼 2015년 7월 14일 명왕성을 통과했다. 뉴허라이즌스 탐사 결과 명왕성의 표면은 최소한 18만㎢가 지하 얼음으로 덮여 있는 것으로 나타났다. 명왕성에서 얼음으로 덮인 곳에는 라이트 산과 피카르 산이 있다. 켈시 싱어 박사는 “태양계 어디에도 이렇게 생긴 곳이 없다”며 “두 산은 매우 거칠고 울퉁불퉁하고 고르지 않아 등반이 매우 힘들 것”이라고 말했다.
싱어 박사 연구진은 뉴허라이즌스가 보내온 사진과 지질 성분 자료, 지형도 등을 분석했다. 그 결과 얼음화산에서 분출된 액체나 부드러운 얼음이 거대한 산과 언덕들을 형성했다는 사실을 알아냈다. 얼음화산은 물과 메탄, 암모니아 등을 액체 상태로 분출하는 화산으로, 2005년 토성의 위성인 엔켈라두스에서 발견된 바 있다.
연구진은 얼음 언덕이 서로 겹쳐 있는 것으로 보아 얼음화산의 분출이 여러 번 있었으며, 충돌구가 보이지 않는다는 점에서 비교적 최근에 형성됐음을 알 수 있다고 밝혔다. 싱어 박사는 “모두 상대적으로 젊은 지형”이러며 “아마도 수백만 년 이내에 형성됐을 것”이라고 밝혔다.
◇얼음행성도 처음엔 바다 가졌다
연구진은 지형으로 보아 화산이 이곳에 100㎦의 얼음을 분출한 것으로 추정된다고 밝혔다. 이 정도 얼음을 분출하려면 명왕성 내부에 지금까지 생각한 것보다 더 온도가 높은 액체가 최근까지 존재했어야 한다. 하지만 어떻게 명왕성 지하에 물이 있는지 설명하기는 어렵다.
목성의 위성인 유로파와 엔켈라두스도 물기둥을 뿜어내는 천체이다. 이 위성들은 각각 목성과 토성이 당기는 힘 때문에 내부에 상당한 마찰열이 발생해 지하에 바다를 갖고 있는 것으로 추정된다. 명왕성에는 그런 마찰열을 발생시킬 중력이 작용하지 않는다.
과학자들은 대신 명왕성 형성 초기에 다른 천체와 충돌로 열이 발생했을 가능성을 제시했다. 미국 산타크루즈 캘리포니아대(UC산타크루즈)의 프란시스 니모 교수 연구진은 2020년 ‘네이처 지구과학’에 “명왕성이 탄생 초기인 45억년 전에는 온도가 높아 액체 상태의 물이 있고 생명체가 탄생할 조건을 갖췄다”고 밝혔다.
UC산타크루즈 연구진은 뉴허라이즌스가 촬영한 명왕성 표면 사진에서 깊이가 1.6㎞ 이상이 되는 산마루와 골짜기 형태를 발견했다. 이는 지각 아래에서 뭔가 팽창하면서 균열이 생긴 것이라고 설명했다.
연구진의 설명은 이렇다. 명왕성 생성 초기에 소행성들이 잇따라 충돌하면서 엄청난 열을 전달했고, 이것이 얼음층 아래에 액체 상태의 물로 이뤄진 바다를 형성했다. 이후 온도가 내려가면서 바닷물이 얼고 부피가 팽창하면서 지각에 균열이 생겼다는 것이다. 겨울에 물이 담긴 장독대가 깨지는 것과 같은 원리다. 물이 얼면 부피가 증가한다.
그전까지 과학자들은 명왕성은 처음에 얼음과 암석이 뭉친 형태로 출발했다고 생각했다. 그러다가 암석 내부의 방사성 물질이 붕괴하면서 나오는 열로 얼음층 아래가 녹으면서 바다가 생겼다는 것이다. UC산타크루즈 연구진은 처음부터 명왕성이 얼음 아래에 거대한 바다를 갖고 있었으며, 이는 초기 생명체가 탄생할 조건을 갖춘 상태임을 밝힌 것이다.