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명왕성에서 발견된 젊은 모습의 모래언덕들!

창조과학미디어
2018-06-05

명왕성에서 발견된 젊은 모습의 모래언덕들!

(What’s Pluto Been Dune? Making Young Sand Dunes)

David F. Coppedge


   타이탄(Titan)에서 모래언덕(sand dunes, 사구)은 매우 놀라웠다. 그러나 명왕성(Pluto)도 최근에 형성된 젊은 모래언덕들을 갖고 있었다. 과학자들은 그들의 눈을 믿을 수 없었다.

당신은 모래언덕을 생각할 때, 무엇이 떠오르는가? 건조한 사막, 물결무늬가 있는 모래 둔덕, 한쪽은 완만한 경사이나 다른 쪽은 가파른 언덕... 이러한 종류의 것들일 것이다. 당신은 아마도 명왕성(Pluto)에서 이러한 모래언덕들이 있을 것이라고는 생각하지 못했을 것이다. 태양계 가장 바깥쪽에 있는 명왕성은 (또는 플루토이드(Plutoid), 왜행성(Dwarf Planet), 해왕성 바깥천체(Trans Neptunian Object) 등의 이름으로 불려지고 있음) 수십억 년 동안 극도로 추운(-230℃) 곳에 있었던, 완전히 얼어붙은 천체로 추정되어 왔었다. 그러나 2015년 뉴호라이즌스(New Horizons) 탐사선이 촬영했던 사진에 대한 최신 분석 결과에 따르면, 명왕성은 최근에 형성된 얼음 메탄 입자들로 만들어진 모래언덕들을 갖고 있다는 것이다.

.대류세포(convection cells)로 생각되는 다각형의 질소 얼음 블록에 있는 명왕성의 모래언덕들.(Credit: NASA/JHUAPL/SwRI).


Nature(2018. 5. 31) 지의 간략한 발표로부터 시작해 보자. "수백 개의 메탄 모래언덕들이 명왕성의 산기슭에 자리잡고 있다. 그러한 얇은 대기를 가진 천체에서 이것은 놀라운 모습이다.“

명왕성의 일부 지역을 가로지르며 메탄 알갱이들의 극적인 모래언덕들이 존재한다. 이 발견은 비록 명왕성의 대기가 얇지만, 지표면을 가로질러 입자들을 날려버릴 만큼의 강력한 바람을 생성할 수 있음을 보여준다....

지금까지 과학자들은 명왕성의 대기압은 지구 대기압의 1/100,000에 불과하여, 모래언덕을 만들만큼 강력한 바람을 일으킬 수 없을 것이라고 생각해왔다. 그러나 연구팀의 분석은 그렇지 않다는 것을 보여주었다.

모래언덕들은 아마도 지난 50만 년 동안에 형성되었다. 즉, 명왕성은 지질학적으로 활발한 세계(a geologically active world)임을 의미한다.


"지질학적으로 활발한 세계?" 과학자들은 얼음 화산, 빙하, 이제는 모래언덕을 보여주는 사진으로 놀라고 있었다. 간단한 계산을 통해 우리는 50만 년은 (이 기간은 관측된 사실이 아니라 이론에 의한 추정치이다) 태양계의 추정 나이인 46억 년의 1/10,000에 불과하다는 것을 알 수 있다. 인간이 관측할 수 있는 극히 짧은 시대인 최근에 와서 모래언덕들이 형성됐던 이유는 무엇일까?


당신은 사진에서 모래언덕들을 볼 수 있다. 모래언덕들은 최대 1 km 떨어져 있다고 과학자들은 추정하고 있었다. 그런 얇은 대기를 가진 천체에서, 바람은 스푸트니크 평원(Sputnik Planitia, 2015년 행성과학자들이 놀랐었던 하트 모양의 평탄한 지역)의 먼 거리에 걸쳐 입자들을 운반하기에 충분히 강했음에 틀림없다. Science 지의 리뷰 글에서 알렉산더 헤이즈(Alexander Hayes)는 명왕성의 표면 압력은 지구보다 약 10만 배 더 약하다고 말했다. 바람은 입자들을 들어올릴 정도로 강하지 않다. 입자들은 승화에 의해서 대기로 들어 올려졌을 것이라고 과학자들은 추측한다.


BBC News(2018. 5. 31)는 과학자들이 전혀 예상하지 못했던 그 사실에 대해서 설명하고 있었다 :

모래언덕들이 형성될 수 있기 위해서는, 입자들을 지면에서 들어올리는 메커니즘과, 바람이 만들어져 건조한 입자들을 운반할 수 있을 정도로 대기 밀도가 충분해야 한다. 처음에 명왕성에서는 그러한 조건들이 충족되지 않았던 것으로 보였다.

그러나 텔퍼(Telfer) 박사와 그의 동료들은 입자들을 이동시킬 수 있을 정도인 풍속 10m/sec에 달하는, 명왕성에서 가장 바람이 많이 부는 지역 중 하나에 모래언덕이 존재할 수 있을 것으로 계산했다.


그리고 만약 바람이 46억 년 동안 불었다면, 이제 입자들의 공급도 고갈되고, 그 과정은 멈춰져야하지 않을까? Science Magazine의 논문은 그 답을 찾아보려고 하고 있었다. 첫째, Science(2018. 6. 1) 지의 요약 보고에서 키스 스미스(Keith Smith)는 이렇게 말했다 :

메탄 알갱이들은 주변 질소 얼음의 용융으로 인해 대기로 들어올려지거나, 근처 산기슭으로 날려갈 수 있었을 것이다. 혹독한 명왕성의 환경 하에서 모래언덕들이 어떻게 형성됐는지를 이해하는 것은, 먼 태양계의 다른 곳에서 발견되는 유사한 모습들을 해석하는데 도움을 줄 수 있을 것이다.


이 젊은 모래언덕들이 최근에 형성됐던 이유에 대한 단서는 아직까지 없다. Science 지의 논문에서 텔퍼 등은 명왕성에서 젊은 모습을 기대할 수 있는 단서를 찾고 있었다 :

명왕성의 표면은 예상했던 것보다 더 지질학적으로 다양하고 역동적이었다. 그러나 지형 모습을 만들었던 보잘것없는 대기의 역할은 분명하지 않다. 우리는 뉴호라이즌스 우주선의 관측으로부터, 형태, 분포, 방향 등이 횡사구(transverse dunes)와 일치하는 규칙적 간격의 선형적 능선을 관측했음을 기술한다. 이것들은 산악지역에 인접해 있었으며, 근처의 바람 줄무늬와 직각을 이루고 있었다. 모래 언덕의 파장(~0.4-1km)은 적당한 바람(<10m/초)에서 메탄 얼음의 입자 크기(약 200~300 마이크로미터)의 퇴적에 의해서 가장 잘 설명이 된다. 모래언덕의 방해받지 않은 형태와 아래에 놓여있는 대류 빙하 얼음과의 관계는 모래언덕들이 매우 최근의 지질학적 과거에 형성되었다는 것을 의미한다.

.미국 캘리포니아 솔턴호(Salton Sea)에 나있는 작은 모래언덕.(David Coppedge).


그들은 모래언덕의 나이에 관해서 다음과 같이 말하고 있었다 :

스푸트니크 평원(Sputnik Planitia)의 서쪽 가장자리의 얼음 위에 놓여있는, 모래언덕들의 나이에 대한 상한치는 얼음 내에 대류세포(convection cells)의 상층부 표면의 재순환 속도에 의해 부여된다.(즉 <50만 년). 스푸트니크 평원에 충돌크레이터가 전혀 없는 것으로부터 추론되는 하층의 전복(overturning)은, 다른 태양계 천체에 있는 모래언덕에 대해서는 적용될 수 없는, 표면 지형의 연대에 대한 제한이 될 수 있으며, 지질학적 또는 지형학적으로 활발한 지표면을 의미한다. 얼음 내의 대류 전복에 의해 왜곡되지 않는 지표면 모습은 대류의 시간 척도보다 훨씬 젊음에 틀림없고, 그러므로 명왕성의 강한 계절적 시간 척도(즉, 지구 시간으로 수십 년에서 수세기)에 더 가깝다. 모래언덕이 대류의 시간 규모보다 상당히 짧은 시간 규모로 형성되었다는 추가적인 증거는, 세포(세포처럼 보이는 지역) 경계의 함몰 부위 위로 모래언덕들의 중첩되어 있음으로 지지된다.


대류(convection)는 이론이라는 것을 명심해야한다. 하지만, 모래언덕들은 현재 목격되고 있는 관측이다. 그들이 대류세포라고 추정하는 것에 대해 말할 때, "~로 해석된다", "아마도", “추측 된다” 등의 단어들을 사용하는 것을 볼 수 있다. 그들은 이러한 경험적 관측으로부터, "이 모래언덕들의 존재는 지질학적으로 젊은 지형을 만들고 있는 활발한 대기를 가리킨다"고 말해야 하는 것이다. 모래언덕들은 최근의 대류 순환보다도 젊은 모습을 나타내고 있으며, 이것은 스푸트니크 평원에 있는 물질은 지속적으로 전복되어왔고, 명왕성의 나이가 수십억 년이라면, 수천 번 뒤집혀왔었다는 것을 의미한다.


저자들은 모래언덕들이 단지 50만 년 전에 형성되었다고 말하고 있었지만, "훨씬 더 최근"일 가능성에 대해서는 어떠한 뉴스나 기사도 발표된 것이 없다. 그것은 명왕성의 나이라는 심각한 이슈를 건드리는 것이기 때문일 것이다. 모니카 그래디(Monica Grady)는 The Conversation(2018. 5. 31) 지에서 이에 관해 이야기하지 않았다. 마이크 월(Mike Wall)은 Space.com(2018. 6. 1)에서 이 질문을 무시했고, 나디아 드레이크(Nadia Drake)는 National Geographic 지에서 그것을 다루지 않고 있었으며, NASA는 Astrobiology Magazine에서 이 문제를 건너뛰고 있었다.앨런 윌리엄스(Alan Williams)는 플리머스 대학(University of Plymouth, 2018. 5. 31)의 보도 자료에서 이를 언급하지 않고 있었으며, 선임 저자인 매트 텔퍼(Matt Telfer)는 그 기사의 비디오 영상물에서 명왕성의 대기가 탈출되고 있다고 말하면서도, 이 문제를 논의하지 않고 있었다. 명왕성의 나이가 과학자들이 믿고 있는 것보다 훨씬 젊다면, 대류와 대기 탈출은 문제가 되지 않을 것이다.


위의 보도자료에 게재된 두 번째 비디오 영상물은 명왕성에서 모래언덕의 형성 모델에 대한 애니메이션을 보여주고 있었다. 그리고 유사한 세계를 비교할 수 있는 기회가 오고 있다. 2019년 1월 뉴호라이즌스 우주선은 카이퍼벨트 천체(Kuiper Belt Object)에 도달할 예정이라고 텔퍼는 말했다. 예상되는 한 가지는 깜짝 놀랄만한 관측이 있을 것이라는 것이다. 그리고 6월에는 돈(Dawn) 탐사선이 소행성 세레스(Ceres) 지표면에서 불과 50km 까지(이전보다 10배 더 낮은 고도) 근접비행을 하여 놀라운 모습을 보내올 것이다.(Phys.org, 2018. 5. 31).


명왕성은 어떻게 형성되었는가?


명왕성의 모래언덕들이 발표되기 1주일 전에, Icarus 지의 한 논문은 "원시 질소(N2)가 명왕성의 스푸트니크 평원의 존재에 대한 우주화학적 설명을 제공한다"고 주장하고 있었다. 저자들은 분자 질소의 축적은 명왕성의 많은 다양한 모습들을 이해하는 데에 중요하다고 말했다. 만약 그렇다면, 그것은 어디에서 왔는가? 사우스웨스트 연구소(SwRI)의 크리스토퍼 그레인(Christopher Glein)과 헌터 와니트(J. Hunter Wanite)는 논문에서, 질소는 명왕성의 형성 동안 원시 질소로부터, 또는 혜성으로부터 부착되었고, 그때 이후로 우주로 크게 손실되지 않았다고 말했다. 그러나 그들의 모델을 작동시키기 위해서는 두 가지 문제를 풀어야 한다. 즉 (1)질소와 물 얼음의 비율이 어떻게 확립되었는지, (2)일산화탄소는 어떻게 발생했는지? 그들은 후자의 질문에 대해 두 가지 제안을 하고 있었다 : "지표면 얼음에서 CO의 매몰, 또는 액체 물에 노출되어 그것의 파괴.“


SwRI 보도자료는 명왕성에 대한 이 새로운 "우주화학적 모델"을 일반 용어로 설명하고 있었다. 상상력을 자극하며 쿵이라는 단어로 놀라움을 표현하고 있었다 :

이 연구의 중심은 스푸트니크 평원(Sputnik Planitia)에 있는 질소가 풍부한 얼음으로, 명왕성의 표면에 밝은 톰보지역(Tombaugh Regio)의 왼쪽 엽을 형성하고 있는 거대한 빙하이다. "우리는 명왕성이 대략 10억 개의 혜성들, 또는 로제타(Rosetta) 탐사선이 탐사했던 혜성 67P와 유사한 화학적 구성을 가진 다른 카이퍼대 천체(Kuiper Belt objects)들의 부착으로부터 형성됐다면, 예상되는 질소의 양과, 빙하 내부에서 평가된 질소의 양 사이에 흥미로운 일관성을 발견했다“


만약 당신이 10억 개의 혜성들이 부착됐다는 아이디어를 받아들일 준비가 되어있지 않다면, 다른 대안도 제시되고 있었다 : "혜성 부착 모델에 덧붙여서, 과학자들은 명왕성이 태양과 매우 유사한 화학성분들을 가지고 있던 아주 추운 얼음으로부터 형성되었을 수도 있었다는, 한 태양계 모델을 조사하고 있다.“ 당신은 어느 모델이 더 그럴듯하게 들리는가?

이제 과학자들은 명왕성에 있는(대기 및 빙하에) 질소뿐만 아니라, 얼마나 많은 휘발성 원소들이 장구한 시간에 걸쳐 대기권 밖으로 (우주로) 빠져나갔는지를 이해할 필요가 있다. 그들은 더 완전한 그림을 얻기 위해, 일산화탄소의 비율을 질소의 비율과 조화시킬 필요가 있게 되었다. 궁극적으로 명왕성에서의 일산화탄소의 낮은 농도는 지표면 얼음에 매몰 또는 액체 상태의 물에 의한 파괴를 가리킨다.


CO는 어떻게 파묻히게 되었는가? 이 수수께끼와 다른 수수께끼들에 대한 대답은 미래에 얻어질 것이라고, 그들은 말했다. "이제는 명왕성에서 질소의 기원에 대해서 데이터 중심의 조사를 시작할 시기이다"라고 이 보고서는 말하고 있었다.

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그러나 두 모델 모두 작동하지 않으면 어떻게 되는 것인가? 그리고 장구한 시간이 사실이 아니라면 어떻게 되는 것인가?



*관련기사 : 태양계 끝 명왕성서 지구 사구같은 얼음 알갱이 언덕 확인 (2018. 6. 1. 연합뉴스)

http://www.yonhapnews.co.kr/bulletin/2018/06/01/0200000000AKR20180601069400009.HTML

명왕성 ‘하트 무늬’ 비밀 풀렸다… 대류현상 정황 포착 (2018. 6. 5. 국민일보)

탄소·질소 빙하 평원에 메탄의 모래언덕 발견… “인근 산악지대서 바람 타고 이동” 분석

http://news.kmib.co.kr/article/view.asp?arcid=0012414167


출처 : CEH, 2018. 6. 4.

주소 : https://crev.info/2018/06/pluto-sand-dunes/

번역 : 미디어위원회








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