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- 포스핀은 생명체의 잠재적 지표
- 금성 표면 치명적으로 뜨겁고 구름 밀도 높아
- 지상 50-80km 중간층 대기는 포스핀에 치명적, 이웃 행성에 대한 새로운 관점 제시

금성에는 포스핀(Phosphin:인화수소화합물)이 없을까?
생체 독성 가스 대신 이산화황이 스펙트럼 신호를 담당할 수 있다.

몇 달 전에 금성 구름에서 포스핀이 감지되어 주의를 끌었다.
가스가 생명의 잠재적 지표로 간주되기 때문이다. 그러나 최근 한 연구에 따르면 스펙트럼 신호는 금성의 구름이 아니라 훨씬 더 높은 높이에서 발생한다. 그곳에서 포스핀은 순식간에 분해된다. 반면에 이산화황은 매우 유사한 스펙트럼 라인을 생성하며 금성에서 일반적이며 더 안정적이라고 과학자들은 말한다. 

▲ 금성의 구름 속에 생명체가 있을까? 이에 대한 가능한 표시가 하나 이상 무효화 됐을 수 있다. © NASA / JPL-Caltech

금성은 한때 생명에 친숙했지만 오늘날 그 표면은 치명적으로 뜨겁고 밀도가 높다.
행성 연구자들은 이웃 행성의 빽빽한 구름이 미생물과 다른 단순한 외계 생명체의 피난처를 제공할 수 있을지 오랫동안 추측해 왔다.

포스핀 또는 이산화황?

이 가설은 2020년 9월 카디프(Cardiff) 대학의 제인 그리브스(Jane Greaves)와 함께 일하는 연구자들이 금성의 구름층에서 포스핀(PH3)의 스펙트럼 시그니처를 입증했을 때 확인된 것으로 보인다. 이 유독 가스는 혐기성 박테리아의 분해로 인해 발생할 수 있으므로 외계 생명체의 가능한 생물학적 특성으로 간주된다. 검출의 기초는 칠레에서 ALMA 망원경으로 검출된 266.94GHz(기가 헤르츠)의 스펙트럼선이었다.

문제는 무선 스펙트럼의 이 지점에서 266.944의 포스핀과 266.943 기가 헤르츠의 이산화황 (SO2)의 신호가 매우 가깝다는 것dl다. 이산화황은 금성 대기에서 세 번째로 풍부한 가스다.
시애틀에 있는 워싱턴 대학의 앤드류 린코프스키(Andrew Lincowski)와 그의 동료들은 “이산화황이 부분적으로 또는 완전히 포스핀에 기인하기 전에 이 스펙트럼 라인에 얼마나 많은 이산화황이 기여하는지 명확히 해야 한다”고 설명했다.

Greaves와 함께 일하는 천문학자들은 SO2의 전형적인 동반 특성에 대한 ALMA 측정 데이터가 누락 됐기 때문에 신호에 대한 이산화황의 기여를 배제했다.
Lincowski와 그의 팀은 "이 부재는 포스핀 검출의 핵심 요소다. 그에 따라 확인해야 한다"라고 말했다.

▲ 신호가 포스핀(Monophospan)에서 나올까? © JAXA / ISAS / DARTS, Damia Bouic

신호는 구름에서 오지 않았다.

검증을 위해 천문학자들은 스펙트럼 데이터의 시뮬레이션 및 테스트를 위해 특별히 개발된 시스템 소위 SMART 모델(Spectral Mapping Atmospheric Radiative Transfer)을 사용했다. 연구진은 금성 대기의 다양한 변종의 스펙트럼 신호를 시뮬레이션하고 하와이의 ALMA 및 JCMT (James Clerk Maxwell radio telescope) 안테나로 수신을 시뮬레이션했다.

분석 결과 :
266.94에서 ALMA와 JCMT에 의해 감지된 스펙트럼선의 미세 구조는 금성의 고도로 산란되는 구름 층에서 이 신호의 기원과 일치하지 않았다. 대신 Lincowski와 그의 동료들이 보고한 것처럼 이 신호는 구름 위 행성의 중간권에서 약 80~90km의 높이에서 나왔음에 틀림없다.

Mesosphere(중간권; 지상 50~80킬로미터 사이의 대기층)는 포스핀에 "치명적“

이 고도에서 조건은 극도로 파괴적이다.
구름에 의해 보호되지 않는 태양의 단단한 자외선은 포스핀을 포함한 많은 화학 물질을 즉시 분해한다. “분광선이 나오는 곳에서 포스핀의 수명은 몇 분의 1초에 불과하다. 염소와 수소-라디칼과 자외선이 이를 파괴한다”고 과학자들은 설명했다.

신호가 실제로 포스핀에서 나온다면, 이 가스는 이러한 급속한 붕괴를 보상하기 위해 비현실적으로 높은 속도로 더 깊은 층에서 중간권으로 상승해야 한다.
“그러면 포스핀 보충 속도는 포스핀보다 100배 더 높아야 한다. Lincowski의 동료 빅토리아 메도우스(Victoria Meadows)는 지구 전체 식물 세계가 광합성을 통해 산소를 생성하고 대기 중으로 방출하는 속도다”고 말한다.

약해진 선이 이산화황 표지를 삼켰다.

천문학자의 의견으로는 스펙트럼 신호가 실제로 포스핀에서 비롯된 것 같지는 않다.
대신 이산화황이 뒤에 있다는 징후가 있다. 우리는 이 가스가 금성의 중간권에서도 발생한다는 것을 알고 있다. 왜냐하면 다른 분자로부터 계속해서 광화학적으로 생성되기 때문이다.

이는 ALMA 데이터에 수반되는 특이점이 없는 것이 파괴적인 효과 때문이라는 표시로 뒷받침된다. 이러한 소위 라인이 가늘어지는 것은 ALMA의 개별 안테나 데이터가 서로 오프셋 될 때 발생한다. Lincowski는 "이 신호가 인위적으로 약해졌기 때문에 팀은 이산화황 수치가 낮다는 결론을 내렸다"고 말했다. 그러나 선 얇아짐을 고려하면 ALMA 결과도 이산화황과 호환된다.

금성은 여전히 ​​미스터리

이것이 금성의 이미지와 구름 속의 "생명의 피난처"에 어떤 의미가 있을까?
Lincowski와 그의 팀이 강조했듯이, 그들의 분석은 금성의 구름에 많은 포스핀이 있다는 사실을 배제하지 않는다. 그러나 이 가스는 아마도 ALMA에 의해 측정 된 스펙트럼 시그니처를 담당하지 않을 것이다. 예상과 달리 금성의 중간권에 포스핀이 있어야 한다면 금성 대기의 화학 과정에 대한 많은 가정을 뒤집어 놓을 것이다.

연구진은 “포스핀 검출을 둘러싼 논란은 우리가 자매 행성에 대해 얼마나 많은 것을 배워야 하는지, 그리고 그러한 데이터를 해석하기 위해 이 지식이 얼마나 중요한지를 알려준다”고 강조했다. (Astrophysical Journal, accepted; arXiv : 2101.09837)

출처 : University of Washington

[더사이언스플러스=문광주 기자] "no science, no future"

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