3분 읽기
- 약 1천150km 너비의 얼음 위성은 천왕성의 두 번째로 안쪽에 있는 위성
- 달 표면에 거대한 균열을 만들려면 얼음 지각이 매우 얇거나 바다가 매우 커야 한다
- 계산에 따르면, 이 두께는 170km가 넘었을 것으로 추정

천왕성의 위성: 아리엘에 빙하 아래 바다가 있을까?
행성 연구진, 위성 얼음 아래 액체 물의 추가 증거 발견

숨겨진 내부:
천왕성의 위성 아리엘(Ariel)의 얼음 지각 아래에 액체 물의 바다가 숨겨져 있을 가능성이 있다. 행성 연구진은 이 빙하 아래 바다가 한때 170km 이상 깊이에 있었을 수 있다고 밝혔다. 이 발견에 따르면, 천왕성의 위성은 공전 궤도가 현재보다 더 편심했던 시기를 겪었을 가능성이 높다. 이로 인해 표면에 거대한 균열 계곡이 형성되었고, 내부가 가열되어 바다가 형성될 정도였다. 

▲ 천왕성의 위성 아리엘은 얼음 지각 아래에 170km 깊이의 바다를 가지고 있었거나, 지금도 가지고 있을 가능성이 있다. © NASA/JPL-Caltech/PSI/ Mikayla Kelley, Peter Buhler

유로파(Europa), 엔셀라두스(Enceladus), 가니메데(Ganymed), 미마스(Mimas) 등 태양계 외곽에 있는 여러 얼음 위성들은 얼음 지각 아래에 액체 물의 바다를 숨기고 있다. 이러한 빙하 아래 수역은 생명체가 거주할 수 있는 곳일 수도 있다. 천왕성의 네 개의 큰 위성 또한 최근 "물이 있는" 내부를 가지고 있을 것으로 추정된다. 한 연구에 따르면, 내부에 보존된 열은 최대 30km 두께의 소금과 암모니아가 풍부한 얼음층을 녹일 수 있을 만큼 충분할 수 있다고 한다.

아리엘: 거대한 균열을 가진 놀랍도록 젊은 표면

천왕성의 위성 아리엘에 빙하 아래 바다가 존재한다는 새로운 증거가 발견되었다. 약 1천150km 너비의 얼음 위성은 천왕성의 두 번째로 안쪽에 있는 위성이다. 1986년, 보이저 2호 우주선이 촬영한 사진들은 아리엘이 놀랍도록 젊고 지질학적으로 활동적인 표면을 가지고 있음을 보여주었다. 현재 아리엘의 나이는 최대 8억 년이며, 가파른 절벽, 열곡, 그리고 능선과 같은 구조물들로 덮여 있다.

▲ 보이저 2호의 사진에서 볼 수 있듯이, 천왕성의 위성 아리엘의 표면은 폭 킬로미터에 달하는 열곡과 산맥으로 뒤덮여 있다. © NASA/JPL

노스다코타 대학교의 케일럽 스트롬(Caleb Strom)과 그의 동료들은 "아리엘은 얼음 위성 중에서도 매우 독특하다"고 설명했다. "젊은 표면과 복잡한 지질학적 특징은 이 위성이 최근 지질학적 과거에 한 번 이상 가열되었을 가능성을 시사한다." 한 가설은 이러한 "열 주기"가 아리엘과 그 이웃 위성인 미란다와 움브리엘이 궤도 공명에 들어가 궤도 편심이 심해졌을 때 발생했을 수 있다고 제시했다.

이로 인해 천왕성이 달에 미치는 중력의 영향이 더욱 강해졌고, 위성의 내부는 반복적으로 압축되고 늘어났다. 즉, 망치로 두드려 맞은 것과 같았다. 그 결과 아리엘 표면에 균열과 능선이 생기는 동시에 내부가 가열되었다고 이 가설은 설명했다.

이심률 증가가 원인일까요?

하지만 이 열이 얼음 지각 아래에 바다를 형성하기에 충분했을까? 이를 알아내기 위해 스트롬과 그의 동료들은 컴퓨터 모델을 통해 이러한 가열 단계를 재구성했다. "우리는 컴퓨터 프로그램을 사용하여 달 표면에 미치는 조석력의 영향을 재구성했다"고 애리조나 행성과학연구소의 공동 저자인 알렉스 패토프(Alex Patthoff)는 설명했다. "이것을 관측 데이터와 비교함으로써 아리엘의 궤도가 얼마나 편심했는지, 그리고 바다가 형성될 만큼 충분히 컸는지 여부를 판단할 수 있다."

결과:
천왕성의 위성 아리엘의 지질학적 특징은 실제로 이러한 이심률 증가 단계에 의해 발생했을 수 있다. 연구진은 "이심률이 0.04라면 아리엘의 표면 모양을 바꿀 만큼 충분한 응력을 발생시킬 것"이라고 보고했다. 이러한 단계에서 천왕성의 위성 아리엘의 궤도는 목성의 위성 유로파의 현재 궤도보다 4배 더 편심되어야 한다. 이는 매우 큰 것처럼 들리지만, 육안으로는 거의 볼 수 없을 것이다. 스트롬과 그의 연구진이 설명하는 것처럼 아리엘의 궤도는 여전히 거의 원형으로 보일 것이다.

170km 깊이의 바다

그러나 중요한 점은 달 궤도의 이러한 미세한 변화만으로도 얼음 지각이 아래에서부터 녹아 빙하 아래 바다를 형성하기에 충분했을 것이라는 점이다. 계산에 따르면, 이 두께는 170km가 넘었을 것으로 추정된다. 패트호프(Patthoff)는 "달 표면에 거대한 균열을 만들려면 얼음 지각이 매우 얇거나 바다가 매우 커야 한다"며 "어쨌든 아리엘 표면에 균열을 일으킬 바다가 있어야 한다"고 설명했다.

이로 인해 아리엘은 빙하 아래 해양의 증거가 증가하고 있는 천왕성의 두 번째 위성이 될 수 있다. 스트롬(Strom)과 그의 동료들은 이미 아리엘의 이웃 위성인 미란다(Miranda)에서 유사한 발견을 발견했다. 존스 홉킨스 대학교의 공동 저자인 톰 노드하임(Tom Nordheim)은 "천왕성계에 쌍둥이 해양 세계가 존재한다는 증거가 점점 더 많이 발견되고 있다"고 말했다. 그러나 이러한 빙하 아래 해양이 여전히 존재하는지, 아니면 그 이후로 다시 얼어붙었는지는 아직 확실하지 않다.

행성 연구진은 향후 외태양계 탐사를 통해 이 문제에 대한 더 많은 정보를 얻을 수 있기를 기대한다. 노드하임은 "궁극적으로 상황을 파악하기 위해 천왕성계로 돌아가야 할 것이다"고 말했다.

참고: Icarus, 2025; doi: 10.1016/j.icarus.2025.116822
출처: Planetary Science Institute

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]