엔셀라두스와 유로파 간헐천들의 열원 문제는 아직도 해결되지 않고 있다.

창조과학미디어

2018-11-21

엔셀라두스와 유로파 간헐천들의 열원 문제는

아직도 해결되지 않고 있다.

(Another Method to Heat Enceladus Falls Short)

David F. Coppedge

토성의 작은 위성 엔셀라두스(Enceladus)는 수십억 년 동안 옐로우스톤보다 더 많은 열을 방출하고 있는 간헐천(geysers)들을 어떻게 유지해올 수 있었는가?

엔셀라두스는 지금도 분출 중이다. 약 100여개의 분출구들은 수증기, 가스, 먼지 등을 초음속으로 분사하여, 토성의 한 고리(E-ring)를 만들고 있었다. 어떻게 이 작은 위성은 이러한 맹렬한 분출을 45억 년 동안 해왔던 것일까? 행성과학자들은 작은 얼음 위성이 수십억 년 동안 이러한 분출 활동을 유지할 수 있었던 열원을 찾기 위해서 필사적이다. Icarus(2019. 3. 15) 지에 게재된 새로운 논문에서 그 열원(heat source)을 찾기 위한 시도는 실패하고 있었다. 이 논문의 여섯 명의 저자들은 이전의 조석유동(tidal flexing) 모델이 열 유지 문제를 해결할 수 있는지에 대해 걱정하고 있었다는 것에 주목하라.

조석력에 의한 관성 파도(inertial waves)가 유로파와 엔셀라두스의 지하 바다를 가열할 수 있을까? (Rovira-Navarro et al, Icarus, 2019. 3. 15). 그들이 제안한 열원은 너무 작아서(자릿수 크기로) 원인이 될 수 없었다.

.간헐천들이 분출되고 있는 "호랑이 줄무늬(Tiger Stripes)" 균열이 있는 토성의 위성 엔셀라두스.

외태양계의 위성들 중 일부는 지하에 액체 상태의 바다를 보유하고 있다. 조석소실(tidal dissipation)은 이들 바다가 얼어붙는 것을 방지하는데 중요한 역할을 한다. 과거에 대부분의 연구들은 이 천체의 단단한 층(암석과 얼음)에서만 조석소실을 고려했다. 최근에 이 위성들의 바다에서 조석소실을 고려한 새로운 연구가 나타났다. 그들 모두는 얕은 물에서의 근사값을 사용했다. 그러나 이 근사값의 사용은 적절하지 않을 수 있다. 여기서 우리는 최대 코리올리 힘(Coriolis force, 전향력)의 조석력에 대한 이들 바다의 비-유체정역학적(non-hydrostatic) 3차원 반응을 검토했다. 그렇게 하기 위해서, 우리는 완벽한 구형 껍질 안에 들어있는 균질한 밀도의 바다를 고려했고, 얼음 껍질의 효과를 무시했다. 우리는 시간에 따라 변하는 조석력을 갖는 바다에 집중하여, 전 행성적 조석력으로부터 에너지를 얻는 주기적인 관성 파도의 패턴과 유체로 전달되는 얇은 전단 층을 살펴보았다. 유로파와 엔셀라두스에 초점을 맞추어, 관성파가 상당한 진폭(수 cm/s)의 유체 흐름을 발생시키는 것을 보여준다.

좋은 생각이다! 그것이 작동될 수 있을까?

그럼에도 불구하고, 이전에 언급한 가정 하에서 관성파도에 의한 조석소실은 유로파의 방사성 가열과 엔셀라두스의 관측되는 열 유동(heat flux)보다 몇 자릿수 크기로 작았다.

원점으로 다시 돌아가서, 대답은 미래로 떠넘겨지고 있었다 : "끝으로 우리는 유로파와 엔셀라두스에 적절한 열원이 될 지도 모르는, 미래에 조사될 필요가 있는, 추가적 소실 메커니즘을 제안하는 바이다.“

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그들은 이 차가운 얼음 위성에서 간헐천들이 분출되는 것을 적어도 13년 이상 지켜보아왔다. 사실 간헐천의 발견은 더 일찍 관측됐었다. 엔셀라두스(Enceladus), 유로파(Europa), 이오(Io)는 태양계가 수십억 년이 될 수 없음을 가리키는 강력한 증거들로 남아 있는 것이다. 그러나 단지 이들 세 천체가 아니다. 혜성에서부터 고리를 가진 행성들, 그리고 수성에서 명왕성까지 다른 모든 천체들도 비슷한 문제를 가지고 있는 것이다. 그러나 지구의 자기장처럼, 그것들은 태양계가 젊다는 것을 가리키는 증거로 채택되지 못하고 있다.

*관련기사 : 토성 위성 엔셀라두스 ‘101개 간헐천’ 포착 (2014. 7. 29. 나우뉴스)

http://nownews.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20140729601008

토성 위성 ‘엔셀라두스’의 거대 간헐천...유기물 암시? (2015. 5. 15. 나우뉴스)

http://nownews.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20150511601004

'솟구치는 얼음 수증기' 토성위성 근접사진 확보 (2015. 10. 31. 노컷뉴스)

http://www.nocutnews.co.kr/news/4496830

엔진 불꽃같네… 토성 위성의 얼음분수(2017. 7. 21. 서울신문)

http://www.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20170722020005&wlog_tag3=naver

목성 위성의 물기둥… 갈릴레오호는 21년 전에 알았다 (2018. 5. 17. 조선일보)

http://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2018/05/16/2018051603470.html

'목성 얼음기둥' 유로파의 물기둥 증거 나왔다 (2018. 5. 15. ZD Net Korea)

http://www.zdnet.co.kr/news/news_view.asp?artice_id=20180515105458&type=det&re=