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목성의 위성, 갈릴레이 위성 중 유로파

by 시그니처35 2024. 2. 17.
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유로파는 갈릴레이 위성에 속하는 위성으로 목성의 위성 중 하나이다. 유로파 위성은 갈릴레이 위성 중에서는 가장 작다고 하지만 태양계의 모든 위성 중에서는 여섯 번째로 크다고 한다. 1610년 갈릴레오 갈릴레이가 발견한 유로파 위성은 세 개의 다른 위성인 이오, 가니메데, 칼리스토와 함께 발견되었다.

유로파는 충돌구와 산의 수가 적기 때문에 태양계에서 매끄러운 천제 중에 속한다고 한다. 그러나 유로파의 적도에 10m 높이를 가진 얼음 스파이크가 있는데 수직으로 내려오는 햇빛의 영향으로 얼음이 녹아서 균열이 생긴 것이라고 추측되고 있다. 이는 페니 텐트라고 불린다. 또한 유로파의 십자 지형은 알베도 지형인 것으로 보이는데 알베도 지형이란 태양계 천체의 표면에서 반사율이 다른, 즉 눈에 띄게 밝거나 어두운 부분을 말한다. 그렇기 때문에 유로파의 십자 지형은 페니 텐트가 낮은 곳에 있음을 가리킨다. 표면에 있는 충돌구들은 상대적으로 젊은 편인데 표면에는 판 구조론과 같은 원리로 끊임없이 활동하기 때문이라고 추측되고 있다. 유로파의 표면 온도는 적도 부분에서 약 110k라고 하며 극지방은 약 50k라고 한다. 유로파의 표면 굳기를 단단하게 유지 시켜주는 이유는 이 낮은 온도 때문이라고 한다.

유로파의 지름은 3,100km로 달보다 조금 작다고 한다. 또한 유로파의 밀도는 유로파가 지구형 행성과 비슷하게 구성하고 있는 주요 성분은 규산염이라고 한다. 유로파의 내부 구조는 얼음 지각 밑에 깊이 100km의 바다가 존재할 가능성이 있다고 여겨지고 있으며 갈릴레오 탐사선의 자기장 데이터에서는 유로파가 목성과의 상호 작용을 일으키는 자기장을 가지고 있는데 이는 밑에 전기가 통하는 전도층이 있음을 나타낸다고 한다.

이 전도층으로 인해 유로파의 지하에 염류가 있는 바다가 존재한다는 것이 하나의 가설이다. 유로파에서 가장 눈에 띄는 지형은 유로파 전체를 뒤덮고 있는 선들이다. 이런 선들의 양쪽 가장자리에서는 얼음이 서로 엇갈리면서 이동한 흔적들이 있다고 한다. 이 중 큰 선은 20km 정도 펼쳐져 있으며 어두운 부분은 바깥쪽으로 밀려나 있고 중앙은 가벼운 물질들로 이루어져 있다. 이런 식으로 얼음층이 열리는 이유는 목성과의 조석 가속에 의한 것으로 보고 있다. 유로파는 목성에 조석 고정되므로 항상 목성을 향해 같은 면만을 보여주고 있기 때문에 힘이 가해지면서 특이한 무늬가 생겨났을 것이라는 추측이 제일 가능성이 있다고 보고 있다. 유로파의 궤도 긴반지름은 670,900km이며 목성을 3.5일에 한 번 돈다. 다른 갈릴레이 위성들과 같이 유로파는 자신보다 질량이 큰 천체를 공전 및 자전할 때 공전 주기와 자전 주기가 일치하는 조석 고정으로 되어 있어서 목성을 바라볼 때 항상 한 쪽만으로 보고 있다. 유로파의 공전을 연구한 결과, 지금은 조석 고정 상태가 온전하지 못한 상황이기 때문에 유로파 목성과 맞대고 있었던 면이 조금씩 달라질 것이라고 예측된다. 유로파는 과거에 공전 속도보다 자전 속도가 더 빠른 편이었는데 이것은 내부 질량 분포가 비대칭 상태로 되어있거나 지하 바다가 있을 가능성도 보인다. 유로파에 지하 바다가 존재할 것이라는 대표적인 이유는 조석 가열이었다. 유로파의 궤도가 미세하게 찌그러져 있고 다른 갈릴레이 위성들과 궤도 공명이 일어나기 때문에 조석 가열이 일어날 수 있는데 가장 극적인 예시로는 혼란 지형이다. 혼란 지형은 행성의 표면에서 여러 능선, 균열, 평야 등이 뒤죽박죽 서로 섞여서 나타나는 표면 지형을 말하는데 혼란 지형을 지하 바다의 물이 얼음 지각을 뚫고 나와서 얼어붙은 유로파의 일반적인 지형이라는 해석도 있긴 하지만 직접 표면과 상호작용 할 수 있는 지하 바다는 거의 존재하지 않는다는 의견도 있다. 유로파의 궤도는 근처 다른 위성들이 미치는 중력으로 인하여 약간 찌그러져 있는 형태를 보이는데 유로파와 목성이 직선으로 만나는 점이 평균 위치 근처에서 왔다 갔다 하게 만든다. 유로파 표면에는 이렇게 만나는 지점에서 바라본 목성은 관측자 머리 위 하늘 가운데 천정에 고정된 것처럼 보인다고 한다. 유로파가 목성에 가까이 오게 되면 목성에서부터 멀리 있었을 때보다 중력이 강해져서 유로파의 모양은 변형되는 것이고 유로파가 목성으로부터 먼 지점으로 이동하게 되면 상대적으로 중력이 약해져서 유로파가 다시 원래의 모습으로 되돌아가게 된다. 이러한 운동이 표면에 영향을 주면서 조석 가속 현상을 만들어 낸다. 유로파의 궤도 이심률은 이오와의 궤도 공명으로 유지되기 때문에 유로파의 조석 가속은 유로파의 내부가 움직이게 되면서 마찰열을 일으키고 바다가 얼지 않게 하는 에너지를 만들어 낸다. 이러한 에너지가 일어나게 하는 발생 원인은 이오가 공전하기 때문인데 목성 주위를 돌 때 이오가 목성으로부터 에너지를 받고 그 에너지를 유로파와 가니메데로 보내기 때문이다. 

허블 우주 망원경은 2012년 유로파의 남극 부근에서 분출하는 물 화산으로 보이는 사진을 촬영하기도 하였다. 이러한 사진을 통해 유로파는 주기적으로 200km 높이의 물기둥을 뿜어낸다는 가능성이 제기되었다. 유로파는 산소 분자로 이루어져 있는 아주 옅은 대기를 가지고 있다는 것도 밝혀졌다. 지구의 대기와는 다르게 유로파의 대기권은 생물학적으로 생겨난 것이 아니라 분자들의 방사선 분해가 되어 생성되었다. 태양에서 오는 자외선과 목성의 자기권에서 이온이나 전자가 오는데 이 대전입자가 유로파의 물 분자를 자극하여 수소와 산소로 나뉘게 되면서 타격을 주어 튀어나오게 하거나 흡수되게 만든다. 같은 방사선이 이 흡수된 물질들을 떼어내고 두 작용이 알맞게 균형을 이루는 대기권을 만들어 낸다. 여기서 산소 분자는 수명이 길기에 대기를 구성하는 주요 성분이 된다. 

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