우리가 살고 있는 지구에는 약 1,500백만 종이 넘는 수많은 생명체가 공존하며 살아가고 있습니다. 그리고 이 지구는 셀 수 없을 만큼 많은 천체들과 함께 드넓고 무한한 우주에 공존하고 있습니다. 지구 밖 우주 어딘가에 있을지도 모르는 생명체의 존재 여부는 우리 인류의 오랜 관심사였습니다. 과학자들은 생명체의 거주 가능성을 따져보고 연구하기 시작했습니다. 하나의 천체에서 생명체 거주 가능성을 논할 때 반드시 필요한 조건 중 하나는 생명체가 딛고 살아갈 수 있는 단단한 표면일 것입니다. 그렇기에 일반적으로 가스로 이루어진 가스행성에서 생명체가 존재할 수 있으리라 기대하기는 쉽지 않습니다. 다만 일부 거대한 가스 행성은 그 강력한 중령그로 인해 천체 주위를 도는 여러 위성이 생겨나고 이러한 위성 중에는 단단한 표면과 안정적인 대기층을 가진 것들이 존재하기도 합니다. 이와 같은 흥미로운 사레는 그리 멀리 있지 않습니다. 태양계의 가장 큰 행성이자 가스 행성인 목성은 총 69개의 위성을 거닐고 있는데 그중 가니메데라고 불리는 위성은 목성의 위성 중 생명체의 거주 가능성이 있는 위성 중 하나로 과학자들의 관심을 받고 있습니다. 그래서 오늘은 가니메데 위성에 대해 알아보겠습니다.
1. 가니메데 특징
가니메데는 1610년 1월 7일 이탈리아의 위대한 과학자이자 천문학자인 갈릴레오 갈릴레이에 의해 발견되었는데 현재의 이름이 붙여지기 전까지 목성의 세 번째 위성 그래서 목성3이라고 불렸으며, 이후 그리스 신화의 인물인 가니메데의 이름을 갖게 됩니다. 가니메데는 제우스의 연인들의 이름이 붙여진 다른 갈릴레이 위성들과 다르게 유일하게 남성의 이름이 붙여진 이성이기도 합니다. 가니메데는 여러 재미있는 특징을 가지고 있는데 먼저 태양계 위성 중 가장 밝은 천체라는 점과 위성임에도 상대적으로 매우 거대한 표면적을 가지고 있다는 점 등이 있습니다. 가니메데는 지구 반지름의 약 0.4배인 약 2.634km의 반지름과 지구 표면적의 약 0.17배 면적을 가지고 있습니다. 가니메데는 태양계에서 두 번째로 큰 토성의 위성 타이탄보다도 약 2% 더 크고 지구의 위성인 달보다는 51% 더 크며 위성이면서도, 행성인 수성보다도 더 큰 경우입니다. 질량은 달의 2배 정도입니다. 가니메데는 목성에서 7번째 가까운 거리에 위치하여 공전 중이며 갈릴레오 위성 중에는 3번째로 목성으로부터 가깝습니다. 가니메데의 궤도는 목성에서 평균 1,070,400km 떨어져 있으며 공전 주기는 약 7일 3시간입니다. 다른 위성처럼 가니메데 또한 조석 고정 현상에 의해 한 면만이 목성을 바라보는 것이 특징입니다. 여기서 조석 고정이란, 어떤 천체가 자신보다 질량이 큰 천체를 공전 및 자전할 때 공전주기와 자전주기가 일치하는 경우를 말하는데 이는 많은 위성에서 흔히 발견되는 현상이며 지구의 위성인 달 또한 이러한 조석 고정 현상에 의해 한쪽 면 만을 지구에 보여주고 있습니다. 가니메데는 또 다른 갈릴레이 위성인 이오, 유로파와 함께 궤도 공명을 일으키는 것으로 관측되었는데 여기서 궤도 공명이란 천체역학에서 등장하는 개념으로 공전하는 두 천체가 작은 정수비를 만족하는 공전 주기로 인해 서로에게 주기적으로 일정하게 중력적 영향을 가할 때 발생하는 현상을 말합니다. 쉽게 말해, 이오, 유로파, 가니메데는 서로 공전 주기가 중력적으로 영향을 미치고 있으며 이는 일정한 정수비를 띄는데 이 궤도 공명으로 인해 가니메데가 목성을 1바퀴 도는 동안 유로파는 2바퀴, 이오는 4바퀴를 도는 일정한 주기를 형성하게 됩니다. 또한 이오가 자신의 궤도에서 목성에 가까운 근점에 위치하고 유로파가 근점 혹은 원점에 위치할 때 합 현상이 발생되는 것도 발견되었습니다. 여기서 합 현상이란 하늘에서 보이는 천체들이 겉으로 보았을 때 가까이 근접해 보이는 것을 의미합니다. 이렇듯 이오, 유로파, 그리고 가니메데는 서로에게 영향을 미치면서 목성을 공전하고 있고 이 과정에서 다양한 현상들을 보여주고 있습니다.
2. 구성 성분과 지형 특징
가니메데의 구성 성분을 살펴보면 주로 얼음과 암석이 비슷한 비율로 구성되어 있는 것으로 추정되며, 적은 양의 철 핵을 가지고 있을 것으로 추측합니다. 앞서 말했듯 가니메데는 매우 밝은 것으로 유명한데 이는 얼음과 물이 50~90% 정도의 비율로 표면을 덮고 있기 때문이며 이러한 가니메데의 표면 반사율은 약 43%가량입니다. 달의 표면 반사율이 약 12%의 정도임을 감안하면 가니메데의 반사율은 매우 높은 것임을 짐작할 수 있습니다. 또한 가니메데의 표면에는 이산화탄소, 이산화황이 존재하는 것으로 밝혀졌고 시아노겐, 수산화 황산염 및 여러 당한 유기화합물이 존재하는 것으로 추정됩니다. 유기 화합물이란 구조의 기본 골격으로 탄소 원자를 갖는 화합물을 통틀어 칭하는 개념입니다. 대표적인 유기 화합물은 단백질, 탄수화물, 지방, 핵산 등이 있으며 생물을 구성하는 요소로 없어서는 안 되는 매우 중요한 존재 중 하나입니다. 그리고 가니메데의 생명체 존재 여부를 논할 때 이 유기 화합물의 존재 가능성은 매우 중요한 요소 중 하나로 작용합니다. 가니메데의 표면을 살펴보면 크게 2가지 지형이 혼합되어 있는 것을 알 수 있는데 우선 이 두 지형 모두 매우 오랜 시간을 통해 형성되었다는 것이 특징이고 또한 높은 지형과 충돌구, 즉 크레이터가 존재하는 것도 두 지형이 가진 공통된 특징이라 할 수 있습니다. 가니메데의 이러한 두 지형은 크게 어두운 지형과 밝은 지형으로 나뉘는데 어두운 지형의 경우 밝은 지형에 비해 다소 젊은 편에 속하고 밝은 지형은 주로 도랑과 평지의 조합으로 이루어져 있다는 점이 차이점이라고 할 수 있습니다. 현재 연구된 바에 따르면 어두운 지형이 대략 전체 면적의 3분의 1을 차지하는 것으로 알려져 있습니다. 가니메데가 가지고 있는 여러 충돌구는 다시 크게 2가지로 분류될 수 있습니다. 이러한 충돌구는 어두운 지역에서 자주 발견되며 충돌구의 밀도를 바탕으로 이 지형의 나이를 계산한 결과 대략 40억 년에 가까운 것으로 밝혀졌습니다. 이를 통해 학자들은 가니메데에 약 35~40억 년 전 '운석 폭풍'이 있었을 것으로 추정하고 있습니다. 가니메데의 또 다른 재미있는 특징은 갈릴레오 지역이라고 불리는 지형인데 이 지형은 가니메데에 존재하는 매우 커다란 크기의 어두운 지역입니다. 길이는 약 3,200km에 달하며 이 지형에서는 홈이 파인 지형과 물질이 뿜어져 나온 형태의 지형도 있습니다. 천문학자들은 이 지형이 아주 오래전 가니메데의 지질 활동이 활발하던 시기에 생성된 것으로 추정합니다.
3. 생명체 존재 가능성
가니메데의 독특한 내부 구조 또한 생명체의 존재 가능성을 높이고 있는데 학자들의 연구에 따라 추정되는 가니메데의 내부구조는 먼저 암석과 얼음 그리고 물이 뒤섞인 표면 밑으로 매우 깊은 지하바다가 있는 것으로 추정됩니다. 이 지하 바다의 존재 가능성은 1994년 미국항공우주국의 갈릴레오 우주선이 가니메데를 지나쳐 가다가 확인하면서 등장하기 시작하였는데 이후 가니메데 내부구조를 조금 더 심층적으로 연구하던 학자들은 2014년 가니메데가 여러 층의 얼음 밑으로 암석 맨틀에 인접해 있는 여러 결의 바다가 존재하는 것을 밝혀내게 됩니다. 그리고 가니메데의 지하바다는 핵을 둘러싸는 암석, 즉 맨틀 위에 존재하며 생명체가 존재할지도 모르는 매우 중요한 연구대상이 되고 있습니다. 이러한 지하바다와 맨틀 아래로 가니메데의 액체 핵이 존재하는데 이 핵은 매우 풍부한 철로 이루어져 있습니다. 이후 갈릴레오 탐사선은 가니메데에 자기장이 존재하는 것을 밝혀냈으며 이것은 핵을 이루고 있는 철 성분들에 의한 것으로 추정됩니다. 액체로 이루어져 있는 가니메데의 핵에서는 대류 현상이 일어나고 있는 것으로 추정되며 이는 가니메데가 높은 전도성을 지니는 역할을 하게 됩니다. 가니메데는 매우 희박하지만 대기권을 가지고 있기도 합니다. 가니메데의 대기권은 1972년 미국과 영국의 천문학자들에 의해 발견되었으며 이들이 추정한 당시 기압은 대략 0.1Pa이었습니다. 1995년 허블 우주 망원경에 의해서 가니메데의 대기권이 발견되었으며 이 대기권은 산소로 이루어져 있는 것으로 밝혀졌습니다. 가니메데의 대기권에 존재하는 산소는 위성의 표면에서 방사능에 의해 얼음들이 수소와 산소로 분리되면서 발생한 것으로 추정되며 이때 상대적으로 가벼운 수소는 산소에 비해 더욱 많은 양이 우주 공간으로 날아가 없어지면서 산소만이 주로 남아 있게 되는 것입니다. 가니메데의 대기권이 산소로 이루어져 있다는 점 때문에 흔히들 이 요소가 생명체 존재 가능여부에 긍정적인 영향을 준다고 생각할 수도 있으나 사실 산소는 생명체의 존재 증거로 보기에는 다소 어려운 점이 있고 그렇기에 이러한 대기권의 존재보다는 가니메데의 지하바다가 이 천체의 생명체 존재여부 가능성을 더욱 높여주는 요소라고 할 수 있습니다.
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