“태양이 지구 물 공급원의 하나다?”

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“태양이 지구 물 공급원의 하나다?”
태양풍이 소행성 먼지 입자 표면에 물 형성

2021.11.30 09:00 김병희 객원기자

지구 표면의 70%는 물로 이루어져 있다. 이렇게 많은 물은 과연 어디에서 유래된 것일까?

지구 상 물의 기원에 대해서는 먼저 원시 지구의 화산 폭발 당시 지구 내부 깊숙한 곳에서 빠져나온 기체들이 대기층을 형성했고, 이 대기 안에 있던 수증기가 비가 되어 내림으로써 바다를 형성했다는 이론이 있다. 이에 비해 얼음으로 이루어진 소행성 등이 지구와 충돌해 물을 실어 날았다는 가설도 지지를 받고 있다.

최근 영국 커틴대 연구팀은 이 미스터리를 푸는 실마리의 하나로 태양이 지구 물의 원천일 수 있다는 이론을 제시했다.

커틴대 우주과학기술센터(SSTC) 연구팀을 포함한 국제연구팀은 태양으로부터 나오는, 주로 수소이온 하전 입자로 구성된 태양풍(solar wind)이 태양계 형성 초기 지구에 충돌한 소행성에 실려온 먼지 알갱이 표면에 물을 만들어냈고, 이로 인해 지구의 물 일부가 생길 수 있었다고 밝혔다.

이 연구에는 영국 글래스고대와 커틴대, 옥스퍼드대, 호주 시드니대, 미국 하와이대와 버지니아대 등이 참여했고, 연구 결과는 ‘네이처 천문학’(Nature Astronomy) 29일 자에 발표됐다.

태양풍이 소행성의 먼지 알갱이 표면에 물을 형성했고, 이것이 태양계 형성 초기 지구에 물을 공급했다는 연구가 나왔다. 태양에서 불어오는 태양풍과 이토카와 소행성을 그래픽으로 표현한 그림. © Curtin University

기존 이론과는 다른 출처

커틴대 SSTC 책임자인 필 블랜드(Phil Bland) 석학교수는 “지구는 태양계의 다른 암석 행성에 비해 물이 풍부해 지표면의 70% 이상을 덮고 있는데, 과학자들은 지구의 물이 정확하게 어디에서 기원했는지를 알기 위해 오랫동안 고심해 왔다”고 말했다.

블랜드 교수는 “기존 이론은 C형 소행성의 형성 마지막 단계에서 물이 지구로 운반됐다고 본다”며, “그러나 이 소행성의 동위원소 ‘지문’을 시험한 결과 평균적으로 지구 상에서 발견되는 물과 일치하지 않는 것으로 밝혀져, 최소한 하나 이상의 고려되지 않은 다른 출처가 있는 것으로 보인다”고 설명했다.

그는, “이번 연구에 따르면 태양풍이 작은 먼지 입자의 표면에 물을 형성했고, 동위원소로 볼 때 더 가벼운 이 물이 지구의 나머지 물을 채웠을 가능성이 있다”고 덧붙였다.

소행성 알갱이 속에 1m³당 물 20L 포함돼

이 새로운 태양풍 이론은 지구 근처에 있는 이토카와(Itokawa)라는 S형 소행성의 미세 파편을 원자 단위로 세심하게 분석한 결과를 바탕으로 하고 있다. 이토카와 소행성 조각은 2010년 일본의 우주 탐사선 하야부사(Hayabusa)가 수집해 지구로 가져온 것이다.

‘네이처 천문학’ 11월 29일 자에 실린 논문. © SPRINGER NATURE / Nature Astronomy

블랜드 교수는 “커틴대가 보유한 세계 수준의 원자 탐색 단층촬영 시스템을 통해 이토카와 먼지 알갱이 표면 속 50 나노미터 안쪽을 놀라울 정도로 자세하게 관찰할 수 있었다”고 전하고, “거기에 포함된 물을 환산하면 1m³ 당 20리터의 물이 있었다”고 밝혔다.

연구팀은 태양풍이 쪼인 이토카와 감람석 알갱이 가장자리에서 물과 수산기(hydroxyls)를 직접 관찰했고, 규산염 광물 표면에 수소이온을 조사하면 물 분자가 생성된다는 사실을 실험을 통해 확인했다.

“우주의 다른 행성에서도 물 얻을 수 있어”

논문 제1저자로 커틴대 대학원에서 공부하고 현재 글래스고대에 재직 중인 루크 데일리(Luke Daly) 박사는, 이번 연구가 지구 상 물이 초기에 어디에서 기원했는지에 대한 주목할 만한 통찰을 제시할 뿐만 아니라, 미래의 우주 임무에도 도움이 될 수 있을 것이라고 말했다.

데일리 박사는 “이번 연구는 이토카와 소행성에 물을 만든 것과 같은 우주 풍화과정이 공기가 없는 우주의 다른 행성에서도 일어났을 가능성이 있음을 보여준다”며, “이는 달과 같은 다른 행성 표면의 먼지 알갱이로부터 바로 신선한 물을 얻을 수 있는 물 공급 처리가 가능하다는 것을 의미한다”고 강조했다.

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