목성의 젊은 위성들 : 아직도 따뜻한 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토

미디어위원회

2023-08-18

목성의 젊은 위성들

: 아직도 따뜻한 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토

(Jupiter's Young Moons)

by Jake Hebert, PH.D.

1610년 갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei)는 망원경으로 목성(Jupiter)에서 알려진 95개의 위성들 중 가장 큰 4개의 위성을 발견했다. 그는 그것들을 위성(satellites)으로 인식했고, 갈릴레이 위성(Galilean moons)으로 알려지게 되었다. 그것들은 목성으로부터 거리가 멀어지는 순서대로 이오(Io), 유로파(Europa), 가니메데(Ganymede), 칼리스토(Callisto)였다.(그림 1).

네 개의 따뜻한 위성

갈릴레이 위성의 전부는 아니더라도, 대부분은 적어도 상당히 따뜻한 내부를 갖고 있다는 증거들을 보여준다. 일반적으로 이러한 위성을 따뜻하게 하는 방법에는 세 가지가 있다.

1. 남은 온기(leftover warmth) : 위성은 형성 당시의 에너지를 여전히 잃고 있을 수 있다. 그러나 진화론과 수십억 년의 연대를 믿고 있는 과학자들에게 목성의 위성 같은 작은 (더군다나 태양으로부터 먼 거리에 있는) 천체는 오래 전에 이 에너지를 우주로 잃어버렸어야 했기 때문에, 이것은 선택 사항이 아니다. 그러나 성경적 창조론자들에게는 창조주 예수님께서 위성들을 창조하신 후 대략 6,000년 정도밖에 지나지 않았기 때문에, 지금도 위성들은 식어가고 있을 수 있다.

2. 방사성 붕괴(radioactive decay)로 생성되는 열 : 방사성 원소들은 매우 무겁기 때문에, 작고 질량이 낮은 위성들의 경우 이 방법이 항상 선택 가능한 것은 아니다.

3. 조석가열(tidal heating), 또는 조석유동(tidal flexing) : 목성과 위성들은 서로 중력적으로 잡아당기고 있으며, 이 잡아당김이 위성의 내부를 구부리거나 잡아늘려(이때 발생하는 마찰열로) 위성을 가열한다.

기존 과학자들은 방사능과 조석가열이 위성의 따뜻함을 설명할 수 있다고 생각하지만, 이러한 설명은 종종 유지될 수도 있고, 유지되지 않았을 수도 있는 특별한 조건을 필요로 한다. 따라서 이러한 위성의 온기는 "장구한 시간(deep time)"에 대한 잠재적인 문제가 된다. 그러나 논의를 위해 이러한 특별한 조건을 인정하더라도, 오래된 우주 관점에는 여전히 문제가 많다.

이오

이오(Io)는 태양계에서 화산 활동이 가장 활발한 천체이다. 이오 표면의 색깔은 다양한데, 황 함유 화합물의 온도가 다르기 때문이다. 이오의 화산 활동은 매우 격렬하여, 오늘날의 속도로 46억 년 동안 분출해왔다면, 100번 이상 "내부물질이 밖으로 쏟아져나왔을 것"이다.[1] 방사성 붕괴는 이오의 열 생산에 거의 기여하지 못하기 때문에, 동일과정설 과학자들은 현재 이오의 열의 대부분을 조석유동(tidal flexing)에 기인하는 것으로 보고 있다.[2]

오랫동안 창조론자들은 조석유동이라는 단순한 모델로는 관찰된 이오의 열 생산량의 극히 일부만을 설명한다는 사실을 지적해왔다. 이오의 온기를 설명할 수 있는 유일한 대안은 형성 과정에서 남은 온기(열)인데, 이는 이오의 나이가 젊을 때에만 가능하기 때문에, 이오의 연대가 매우 젊다고 주장해왔던 것이다.[1]

과학자들의 이전 계산은 주로 모행성인 목성이 이오와 다른 갈릴레이 위성들에 가하는 중력에만 초점을 맞추었다. 위성들이 서로에게 가하는 잡아당김은 그다지 중요하지 않다고 가정해왔다. 그러나 최근의 한 논문은 위성의 지하에 액체 또는 마그마 바다가 존재한다면, 이러한 위성들 사이의 조석가열이 중요할 수도 있다고 주장했다. 그렇다면 이 위성들에 대한 이전의 조석가열 추정치를 크게 수정해야 할 수도 있다는 것이다.[3, 4]

따라서 현재의 조석유동은 이오의 열 발생을 설명할 수도 있다는 것이다. 하지만 이 아이디어는 추정되는 지하바다의 두께가 적절한 경우에만 유효하다.[3, 4] 추가 데이터 또는 계산이 이 문제를 더 밝게 밝혀줄 때까지, 나는 이 점에 대한 독단적인 태도를 경계할 것이다.

그럼에도 불구하고, 이오가 진화론자들에게 여전히 문제가 되는 이유는 분출하는 용암에 (철과) 마그네슘이 풍부하기 때문이다. 지질학자들은 그것을 초고철질(ultramafic)이라고 말한다. 그러나 마그네슘은 무거운 원소이며, 마그네슘은 수십억 년이 지난 후에는 이오의 내부 깊숙이 가라앉았을 것이다. 그렇다면 이오의 용암에는 마그네슘이 고갈되어 있어야 한다. 그러나 그렇지 않았다.

이오의 지각이 마그네슘이 풍부한 초고철질이라는 생각은 잘 알려진 마그마 분화 과정과 일치하지 않는 것처럼 보인다. 이오의 열 흐름은 충분히 높기 때문에, 이오가 부분 용융과 분화를 수백 번 겪어, 마그네슘과 같은 무거운 원소가 고갈된 저밀도 지각을 생성했을 것으로 예상된다.[5]

일부 과학자들은 완전히 녹은 핵과 결정이 풍부한 마그마 바다가 함께 있었다는 것은, 수십억 년이 지난 후에도 이오의 지각에 여전히 마그네슘이 풍부한 것을 설명할 수 있다고 생각한다.[5] 그러나 다른 동일과정설 과학자들은 두 가능성에 대해 논쟁을 벌이고 있다.[6]

진화론자들의 또 다른 옵션은 과거에 이오의 화산 활동이 훨씬 약했고, 최근에야 강화되었다고 주장하는 것이다. 이것은 이오의 지각에 마그네슘이 존재한다는 것을 설명할 수 있다. 그러나 이것은 우리가 이오의 역사에서 특별한 시기에 살면서 이오의 화산활동을 관측하게 되었다는, 오래된 연대론자들의 늘상적인 변명일 뿐이다.

유로파

유로파는 매끄럽고, 젊어 보이는 표면을 갖고 있다. 선들(lineae)로 불려지는 표면의 긴 긁힌 자국(scratches)이나 균열은 일종의 '스텔스(stealth)' 바다인, 액체 물로 이루어진 거대한 지하 '내관(shell)'의 조수에 기인한 것으로 추정되고 있다(그림 2). 과거에 전통적 과학자들은 유로파의 명백한 따뜻함을 설명하는 데 어려움을 겪었지만[7], 일부는 방사성 붕괴와 조석 가열이 함께 작용한다는 것이, 그럴듯한 설명이 될 수 있다고 주장한다.

액체 상태의 물은 우리가 알고 있는 생명체에 필수적이므로, 진화 과학자들은 우주에서 액체 상태의 물을 발견하면, 진화론이 더 그럴듯하게 보일 것이라고 생각한다. 하지만 생명체가 존재하기 위해서 물도 필요하지만, 그것만으로는 충분하지 않다. 물은 진화론자들이 수십억 년 전에 화학 수프에서 자연적으로 형성되었다고 주장하는 복잡한 분자들을 분해하기 때문에, 진화론적 생명의 기원 시나리오에서 실제로 문제가 된다.[8]

그림 2. 많은 과학자들은 유로파의 지하에 액체 상태의 물의 바다가 있다고 생각한다. 목성과 이오가 그 배경으로 나타나 있다. <Image credit: NASA/JPL-Caltech>

가니메데

가니메데(Ganymede)는 4개의 갈릴레이 위성 중 가장 큰 위성으로, 수성보다 더 큰 크기이다. 일부 사람들은 이 위성에도 지하바다(subsurface ocean)가 있다고 생각하고 있다. 기존의 과학자들은 가니메데에 자체 자기장(magnetic field)이 있다는 사실에 놀랐다. 동일과정설 이론을 따르는 과학자들은 행성과 위성의 자기장이 수십억 년 동안 지속될 수 있는 이유를 설명하기 위해 ‘발전기 이론(dynamo theory)’을 사용하고 있다. 그러나 발전기 이론에는 많은 문제점들이 있다.[9] 자성을 띠는 위성이나 행성에는 용융된 핵이 있어야 하며, 이를 위해서는 내부가 따뜻해야 한다. 방사성 붕괴와 조석가열은 가니메데의 겉보기 온도를 설명하기에 충분하지 않은 것으로 생각되므로(위의 이오 논의 참조), 가니메데는 자체 자기장을 생산하기에 너무 차가울 것이 예상되었다.[10]

일부 과학자들은 철 눈(iron snow)이나, 핵 내부의 황화철 결정 형성이 필요한 열을 제공하는 데 도움이 될 수 있다고 제안했다. 그러나 이러한 제안은 핵에 존재할 수도 있고, 존재하지 않을 수도 있는 특정한 농도의 황을 필요로 한다.[10~12] 철-황화물(iron-sulfide) 메커니즘은 이론적으로 약 38억 년 동안 작동될 수 있지만[11, 12], 핵이 처음에 무게 기준으로 약 36%의 황을 함유해야 하는데, 이는 가니메데의 기원에 관한 우주 진화 이론과 모순될 수 있는 "매우 높은" 황 농도이다.[13] 반면에 철 눈 메커니즘은 최대 약 8억 년 동안만 열을 제공할 수 있다.[11, 12]

이것은 다시 한 번 우리가 가니메데의 역사에서 가니메데의 짧은 수명의 자기장을 관찰할 수 있었던, 매우 운이 좋은, 특별한 시기에 살고 있다는 것을 의미한다.

칼리스토

칼리스토(Callisto)는 태양계에서 알려진 가장 많은 분화구들을 가진 천체이다. 동일과정설적 계산에 따르면, 많은 수의 충돌분화구(craters)들은 유로파의 매끄러운 표면이 젊어 보이는 것과는 대조적으로 위성이 매우 오래되었다는 것을 의미한다. 그러나 충돌분화구를 기반으로 한 나이 추정은 매우 불확실하다. 또한 칼리스토에도 지하에 액체 상태의 바다가 있다는 증거가 있다. 기존 과학자들은 칼리스토가 목성과 다른 갈릴레이 위성들로부터 충분히 멀리 떨어져 있어, 조석가열로 인한 열이 미미했을 것으로 생각했기 때문에, 이 사실에 놀라움을 금치 못했다.

방사성 붕괴는 약간의 열을 제공할 수 있지만, 기존 과학자들은 이 열이 수억 년 안에 우주로 빠져나갈 것이라고 생각하고 있다. 이런 이유로 그들은 지하바다가 존재한다는 증거에 충격을 받았다. "하지만 사람들은 믿지 않았죠. 어떻게 칼리스토에 바다가 있을 수 있겠어요?" 미국 지질조사국의 제프리 카젤(Jeffrey Kargel)이 물었다.[14] 암모니아나 특정 염과 같은 "부동액"의 양이 충분하면, 그러한 바다의 존재를 설명하는 데 도움이 될 수 있다고 생각하는 사람들도 있다.[15] 그러나 물론 이들 양이 실제로 존재한다 하더라도, 얼마나 많은 양이 실제로 존재하는지는 알 수 없다.

물, 사방에 물?

유로파는 지하에 바다가 있다는 강력한 증거를 갖고 있다. 토성의 위성 엔셀라두스에도 이러한 바다에 대한 좋은 증거들이 있다. 일부 과학자들은 태양계 내 10여 개의 다른 작은 천체에도 지하바다가 존재할 수 있다고 생각한다. 이들 중 일부는 우주에서 액체 상태의 물을 찾고자 하는 강한 열망을 가진 진화론자들에게 희망적인 생각을 줄 수 있다.

그렇다 하더라도, 창조론자들은 태양계 위성들에 지하바다가 있다는 가능성에 대해 흥분해야 한다. 액체 상태의 물이 있는 지하 바다는 위성이 상대적으로 따뜻하지 않으면 존재할 수 없으며, 태양계가 젊다면, 따뜻한 작은 위성들이 여러 개 있다는 사실은 이것을 훨씬 더 쉽게 설명할 수 있다. 한 연구자가 지적했듯이 :

지질학적 시간 동안 지표면 바다가 얼지 않도록 유지하려면, 내부 가열과 열 손실 사이의 미세한 균형이 필요하지만, 유로파, 가니메데, 칼리스토, 및 기타 위성들에 지하바다가 있음에 틀림없다는 몇몇 증거들이 있다.[4]

그렇다면 태양계의 여러(어쩌면 더 많은) 작은 천체들이 수십억 년 동안 이러한 '미세한 균형'을 유지했을 확률은 얼마나 될까? 또는 이러한 천체들이 최근에 와서야 액체 상태의 바다를 유지할 수 있을 만큼 충분히 따뜻해졌고, 정확한 시기와 장소에서 우리에게 관측될 확률은 얼마나 될까?

그림 3. NASA의 유로파 클리퍼 미션(Europa Clipper mission)은 2024년 10월에 발사될 예정이다. <Image credit: NASA/JPL-Caltech>

결론

이러한 위성들의 따뜻함에 대한 동일과정설적 설명은 종종 위성 내부에 존재하거나, 존재하지 않을 수 있는 특별한 조건을 필요로 한다. 또한 우리는 종종 역사상 이 특별한 시기에 이러한 위성을 보게 된 것은 단지 운이 매우 좋았다고 가정해야 한다. 진화 과학자들은 태양계에서 이러한 '우연'을 너무도 많이 사용하고 있다.

목성의 위성 이오와 토성의 위성 엔셀라두스, 타이탄 등과 같은 가장 활발한 천체들은 한정된 기간 동안 쇼를 펼치고 있으며, 인간이 이를 목격하는 것은 운이 매우 좋을 수 있을지 모른다. 토성의 화려한 고리 역시 비교적 최근에 나타났을 수 있으며, 시간이 지남에 따라 희미해질 수 있다. 이러한 제안들 중 일부는 행성 연구자들을 불편하게 만드는데, 그 이유는 인간이 비정상적인 지질활동을 하고 있는 천체 한 개를 발견할 가능성은 통계적으로 희박하기 때문이다.[16]

물론 이러한 모든 관측들은 태양계가 젊다면, 쉽게 설명할 수 있다. 창조론자들은 목성의 위성이 최근에 생성되었다는 주장을 강화할 수 있는 유로파 클리퍼 미션과 목성의 위성들에 대한 다른 탐사선(그림 3)의 데이터를 기대한다. 성경에 따르면, 창조주 예수 그리스도께서 우주의 나머지 부분과 함께 태양계를 불과 6,000년 전에 창조하셨기 때문에, 창조론자들에게 이러한 사실은 놀랄 일이 아닌 것이다.

References

1. Spencer, W. 2020. The volcanism and age of Io. Journal of Creation. 34 (2): 117-123.

2. Thomas, N. 2022. A comprehensive investigation of the Galilean moon, Io, by tracing mass and energy flows. Experimental Astronomy. 54: 791-807.

3. Hay, H. C. F. C., A. Trinh, and I. Matsuyama. 2020. Powering the Galilean Satellites with Moon-Moon Tides. Geophysical Research Letters. 47 (15): e2020GL088317.

4. Mace, M. Jupiter’s Moons Could Be Warming Each Other. University of Arizona news release. Posted on news.arizona.edu September 10, 2020, accessed February 24, 2023.

5. Lopes, R. M. C. 2007. Io: The Volcanic Moon. In Encyclopedia of the Solar System, 2nd ed. L.-A. McFadden, P. R. Weissman, and T. V. Johnson, eds. Amsterdam: Academic Press, 428. Emphasis in original.

6. Ogasa, N. Io may have an underworld magma ocean or a hot metal heart. Science News. Posted on sciencenews.org December 22, 2022, accessed February 13, 2023.

7. Spencer, W. 2015. Warm icy moons. Journal of Creation. 29 (3): 97-103.

8. Vieira, A. d. N. et al. 2020. The ambivalent role of water at the origins of life. FEBS Letters. 594 (17): 2717-2733.

9. Humphreys, D. R. 2013. Planetary Magnetic Dynamo Theories: A Century of Failure. In Proceedings of the Seventh International Conference on Creationism. M. Horstemeyer, ed. Pittsburgh, PA: Creation Science Fellowship, 7: 5.

10. Spencer, W. 2022. The iron snow dynamo theory for Ganymede. Journal of Creation. 36 (3): 3-5.

11. Rückriemen, T., D. Breuer, and T. Spohn. 2018. Top-down freezing in a Fe-FeS core and Ganymede’s present-day magnetic field. Icarus. 307: 172-196.

12. Can a Top-down Freezing Core Explain Ganymede’s Magnetic Field? Science Trends. Posted on sciencetrends.com August 22, 2018, updated March 14, 2020, accessed February 13, 2023.

13. Bland, M. T., A. P. Showman, and G. Tobie. 2008. The production of Ganymede’s magnetic field. Icarus. 198 (2): 384-399.

14. Klarreich, E. Callisto’s watery secret. Nature News. Posted on nature.com July 26, 2001.

15. Spohn, T. and G. Schubert. 2003. Oceans in the icy Galilean satellites of Jupiter? Icarus. 161 (2): 456-467.

16. McKee, M. 2013. Planetary Science: Caught in the act. Nature. 493 (7434): 592-596.

* Dr. Hebert is Research Scientist at the Institute for Creation Research and earned his Ph.D. in physics from the University of Texas at Dallas.

.Cite this article: Jake Hebert, Ph.D. 2023. Jupiter's Young Moons. Acts & Facts. 52 (5).

*참조 : 맹렬하게 화산을 분출하고 있는 목성의 위성 이오는 수십억 년의 태양계 나이를 거부한다.

https://creation.kr/SolarSystem/?idx=1294304&bmode=view

뜨거운 용암을 분출하고 있는 이오(Io) : 수십억 년의 연대를 거부하는 한 작은 목성의 위성

https://creation.kr/YoungEarth/?idx=13724618&bmode=view

태양계 천체들의 새로운 유행 - 바다의 존재 : 유로파에서 관측된 200km의 물기둥이 의미하는 것은?

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