천체 물리학 기술과 연구가 계속 발전함에 따라 한 가지 질문이 남습니다. 우주의 다른 곳에서도 생명체가 존재할 수 있습니까? 은하수에만 수천억 개의 물체가 있지만 과학자들은 물, 에너지, 유기물이라는 세 가지 핵심 요소를 끊임없이 찾고 있습니다. 토성의 얼음 위성 엔셀라두스가 이 세 가지를 모두 포함하는 "해양 세계"이기 때문에 생명체 탐색의 주요 목표가 된다는 증거가 있습니다.

NASA의 카시니(Cassini) 우주선은 20년 임무 동안 시속 800마일(400m/s)의 속도로 엔셀라두스 표면에서 분출되는 얼음 기둥을 발견했습니다. 이 기둥은 샘플을 수집하고 엔셀라두스 바다의 구성과 잠재적인 거주 가능성을 연구할 수 있는 훌륭한 기회를 제공합니다. 그러나 지금까지 연기의 속도가 얼음 입자에 포함된 유기 화합물을 조각내어 샘플을 분해하는지 여부는 불분명합니다.

이 예술적인 렌더링은 엔셀라두스에서 최대 시속 800마일의 속도로 분출되는 얼음 기둥을 보여줍니다. 이미지 출처: NASA/JPL-Caltech

이제 UC San Diego의 연구자들은 이러한 얼음 기둥으로 운반되는 아미노산이 최대 4.2km/s의 충격 속도에서도 살아남을 수 있다는 명확한 실험실 증거를 보여주었습니다. 이는 우주선 샘플링 중에 탐지를 뒷받침합니다. 이들 연구 결과는 미국국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다.

2012년부터 UC San Diego의 화학 및 생화학 교수인 Robert Continetti와 그의 동료들은 단일 에어로졸과 입자의 고속 충돌 역학을 연구하기 위해 설계된 독특한 에어로졸 충격 분광계를 맞춤화했습니다. 얼음 입자의 효과를 연구하기 위해 특별히 제작된 것은 아니지만 이를 수행하는 데 딱 맞는 기계임이 밝혀졌습니다.

Continetti는 "이 장치는 개별 입자를 선택하고 선택한 최종 속도까지 가속하거나 감속할 수 있는 세계 유일의 장치입니다."라고 말했습니다. "직경이 몇 미크론에서 수백 나노미터에 이르는 다양한 재료에서 입자가 어떻게 분산되는지, 충격에 따라 구조가 어떻게 변하는지 등의 입자 거동을 조사할 수 있습니다."

UC San Diego 화학 교수 Robert Continetti의 실험실에 있는 맞춤형 에어로졸 충격 분광계입니다. 얼음 입자는 초고속으로 마이크로채널 플레이트 검출기(맨 오른쪽)에 부딪힌 후 현장에서 특성을 분석할 수 있습니다. 이미지 출처: Robert Continetti Laboratory/UC San Diego

2024년 NASA는 유로파 클리퍼(Europa Clipper)를 목성으로 발사할 예정이다. 목성의 가장 큰 위성 중 하나인 유로파는 엔셀라두스와 유사한 얼음 구성을 지닌 또 다른 해양 세계입니다. NASA는 클리퍼(Clipper)나 미래의 토성 탐사선이 달의 지하 바다에 생명체가 존재하는지 여부를 나타낼 수 있는 얼음 알갱이의 특정 분자 세트를 식별할 수 있기를 바라고 있지만 이러한 분자는 빠른 방출에서 살아남아야 합니다.

NASA의 Europa Clipper 우주선에 대한 아티스트의 렌더링. 이미지 출처: NASA/JPL-Caltech

얼음 입자의 특정 분자 구조가 연구되었지만 Continetti 팀은 개별 얼음 입자가 표면에 부딪힐 때 어떤 일이 일어나는지 측정한 최초의 팀입니다.

실험을 위해 전기분무 이온화를 사용하여 얼음 입자를 생성했습니다. 이 방법은 물이 고압으로 고정된 바늘을 통해 밀려나면서 전하를 유도하여 물을 점점 더 작은 물방울로 분해하는 것입니다. 그런 다음 물방울을 진공 상태로 주입하고 그곳에서 동결시킵니다. 팀은 질량과 전하를 측정한 다음 이미지 전하 검출기를 사용하여 입자가 분광계를 통해 날아가는 것을 관찰했습니다. 실험의 핵심 요소는 충격 순간을 나노초 단위로 정확하게 측정하기 위한 마이크로채널 플레이트 이온 검출기의 설치였습니다.

결과는 종종 생명의 구성 요소라고 불리는 아미노산이 초당 4.2km의 충격 속도에서 제한된 단편화로 검출될 수 있음을 보여줍니다.

콘티네티는 “태양계에 어떤 종류의 생명체가 존재할 수 있는지 이해하려면 얼음 입자 샘플에 분자 조각이 많지 않다는 점을 알아야 어떤 생명체가 형성됐는지 지문을 얻을 수 있다”고 말했다. "우리 연구는 이것이 엔셀라두스의 얼음 기둥으로 가능하다는 것을 보여줍니다."

이 연구는 또한 소금이 특정 아미노산의 검출 가능성에 어떤 영향을 미치는지 포함하여 화학 자체에 대한 흥미로운 질문을 제기합니다. 엔셀라두스에는 지구상보다 염도가 더 높은 광대한 염도의 바다가 있는 것으로 알려져 있습니다. 소금은 용매로서의 물의 특성과 다양한 분자의 용해도를 변화시키기 때문에 특정 분자가 얼음 입자 표면에 응집되어 감지 가능성이 더 높아질 수 있습니다.

Continetti는 "해양 세계의 달 표면으로 이동하지 않고 태양계의 다른 곳에서 생명체를 탐지한다는 것은 매우 흥미로운 일입니다. 그러나 우리의 연구는 단지 얼음 입자의 생체 신호를 넘어서는 것입니다. 이는 기본 화학에도 영향을 미칩니다. 우리는 UC San Diego 창립 교수인 Harold Urey와 Stanley Miller의 발자취를 따라 얼음 입자 충격에 의해 활성화된 화학 반응이 생명체의 구성 요소를 형성하는 방법을 연구하게 되어 기쁘게 생각합니다."라고 말했습니다.

컴파일된 소스: ScitechDaily