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- 황도광은 수평선 아래에 있는 태양의 빛이 작은 먼지 입자에 의해 산란되기 때문에 발생
- 행성 간 먼지는 소행성대에서 나오는 것이 아니라 화성에서 나온 것으로 추측
- 입자들이 어떻게 행성의 중력을 벗어날 수 있는지는 미스터리

화성은 황도광(zodiacal light)의 기원인가?
화성 궤도에 쌓인 우주 먼지는 수수께끼다.

우발적 발견
지금까지 소행성과 혜성에서 나온 먼지가 지평선 위로 반짝이는 황도광의 원천으로 여겨졌다. 그러나 NASA의 Juno 우주선의 데이터는 완전히 다른 그림을 그린다. 따라서 행성 간 먼지는 소행성대에서 나오는 것이 아니라 화성에서 나온 것으로 보인다. 탐사선은 대부분의 입자를 궤도에 등록했다. 이 먼지가 화성 표면에서 우주로 어떻게 유입되는지는 여전히 미스터리다.
*황도광zodiacal light, 黃道光 : 태양 근처의 미립 천체에 태양광선이 부딪쳐 산란되어 보이는 빛의 띠 

▲ Mauna Kea 정상에서 Submillimeter Array 뒤에 보이는 황도광. Photo attribution must go to Steven H. Keys and http://www.keysphotography.com

새벽과 해가 질 무렵에 어두운 곳에서 하늘의 미묘한 빛을 관찰할 수 있다.
일반적으로 수평선 위로 수직이거나 약간 대각선인 밝은 원뿔형 빛이다.
이 황도광은 행성이 태양을 공전하는 평면인 황도를 따라 확장된다. 이 현상은 천 년 전에도 관찰되고 설명됐지만 그 기원은 오늘날에도 여전히 논쟁의 여지가 있다.

▲ 새벽과 황혼이 시작되기 전에 동쪽 하늘에 나타나는황도광 http://www.pbase.com/dominiccantin

대중적인 이론에 따르면 황도광은 수평선 아래에 있는 태양의 빛이 작은 먼지 입자에 의해 산란되기 때문에 발생한다. 그러나 이 먼지는 지구 대기에 떠있는 것이 아니라 우주에서-내부 태양계에서 행성 간 먼지로 분포된다. 지금까지 과학자들은 소행성과 혜성이 내부 태양계를 통과 할 때 이 먼지를 남긴다고 가정했다.

신비한 입자 트랙

그러나 이것은 NASA의 Juno 우주선이 우연히 목성 행성으로 가는 도중에 수집한 데이터와 모순된다. 탐사선에 부착된 네 대의 내비게이션 카메라 중 하나는 여러 연속 이미지에 나타나는 미확인 물체를 보고 모든 녹화물을 자동으로 저장하도록 설정되었다.
천문학자들은 이를 이용해 발견되지 않은 소행성을 찾기를 희망했다.

▲ Juno 우주선의 큰 태양 돛은 좋은 집진기임이 입증됐다. © NASA / JPL

소행성 대신 카메라는 완전히 예상치 못한 무언가를 감지했다.
수천 개의 작은 입자가 이미지를 통과한다. 요르겐센(Jørgensen)은 “녹화는 마치 누군가가 창가에서 먼지가 많은 식탁보를 흔들어내는 것처럼 보였다. 처음에 팀은 탐사선의 연료 탱 크 중 하나가 손상되어 가스 구름과 얼어붙은 물방울이 이제 우주로 빠져나가는 것을 두려워했다.

그러나 이미지에 대한 면밀한 분석은 연료가 아니라 행성 간 먼지와 충돌하는 동안 우주선의 태양 돛에서 떨어진 작은 입자라는 모든 것을 명확하게 보여주었다.
NASA의 Goddard 우주 비행 센터의 공동 저자 Jack Connerney는 "각 입자는 행성 간 먼지 입자의 영향을 보여주고 Juno의 궤적을 따라 분포를 매핑할 수 있다"고 설명했다.

화성 궤도 주변의 먼지 축적

매핑 결과 놀라운 사실이 드러났다.
예상했던 것과는 달리 소행성대 앞쪽과 안쪽의 먼지 밀도는 증가하지 않았고 감소했다.
연구진은 "이것은 소행성대에 있는 물체가 행성 간 먼지의 근원이 아니라 대부분 먼지 흡수원 역할을 한다는 것을 시사한다"고 말했다. 이 둥근 바위의 고리 밖에서는 먼지 밀도가 현저하게 낮았다.

대신 Juno 탐사선은 화성 궤도를 통과한 비행 단계에서 대부분의 먼지 충돌을 기록했다.
연구진은 "이 기간 매일 약 200개의 먼지 입자가 우주선의 태양 돛에 충돌했다"고 보고했다. 이상한 점은 행성이 일반적으로 태양 궤도를 도는 궤도에 있는 모든 작은 입자를 삼킨다는 것이다. 이것은 분명히 지구에서도 마찬가지다. Juno는 지구 궤도를 통과하는 동안 먼지 영향을 훨씬 덜 감지했다. 그러나 화성에서는 먼지의 밀도가 실제로 증가했다.

먼지는 어떻게 화성에서 우주로 이동할까?

연구자들에 따르면, 이것은 화성이 면간 먼지의 근원이며 황도광의 발원지이기도 하다.
"황도 부근에서 측정한 먼지 개체군은 화성의 궤도 매개 변수와 일치한다"고 Jørgensen과 그의 동료들은 말한다. “그러므로 그것을 먼지의 근원으로 보는 것은 논리적이다.”
이것은 붉은 행성에 많은 먼지와 강한 먼지 폭풍이 있다는 사실에 맞을 것이다.
이러한 폭풍 중 일부는 먼지 입자를 극도의 높이로 던질 수도 있다.

© NASA / GSFC>

그러나 이 입자들이 어떻게 행성의 중력을 벗어날 수 있는지는 미스터리다.
“화성에서 그러한 '탈출'의 경우 탈출 속도가 초당 5km 이상 초과되어야 하는데 지금까지 이를 허용할 메커니즘은 알려져 있지 않다”고 과학자들은 설명했다.
또는 화성의 위성인 Phobos와 Daimos에서 먼지가 나올 수 있다. 그러나 이것들은 다량의 행성 간 먼지를 생성할 수 없었다.

따라서 행성 간 먼지가 소행성이 아닌 화성 환경에서 발생한다는 강력한 징후가 있다.
입자가 어떻게 우주로 들어가고 정확히 그 근원이 어디에 있는지는 당분간 미스터리로 남아 있다.
(Journal of Geophysical Research : Planets, 2021; doi : 10.1029 / 2020JE006509)
출처 : NASA Jet Propulsion Laboratory

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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