새로운 연구에 따르면 거대한 마그마 "바다"가 지구보다 훨씬 더 큰 암석 외계 행성인 "슈퍼지구" 깊은 곳에 숨겨져 예상치 못한 방식으로 강력한 행성 자기장을 생성하여 잠재적인 외계 생명체에 대한 주요 보호를 제공할 수 있음이 밝혀졌습니다. 미국 로체스터 대학이 주도한 이번 연구에서는 이러한 숨겨진 마그마층이 지구 외핵과 같은 행성의 '발전기'처럼 작용해 별과 우주에서 나오는 고에너지 방사선과 하전 입자에 저항할 것으로 예상된다.


지구 내부에서 액체 철 외핵의 대류 운동은 지구 자기장을 생성하고 유지하는 "자기유체역학 발전기"(발전기)라는 프로세스를 구동합니다. 그러나 부피가 크고 내부 압력이 높은 암석 행성의 경우 철심이 부분적으로 또는 완전히 응고되거나 비정상적인 물리적 상태에 있을 수 있어 전통적인 금속 코어 발전 메커니즘이 안정적으로 작동하기 어렵습니다. 이는 다른 메커니즘의 개입 없이는 많은 슈퍼지구가 강력한 자기장 장벽이 부족하여 장기적인 생명체 생존에 적합한 표면 환경을 유지하기 어렵다는 것을 의미합니다.

로체스터 대학교 지구환경과학과 부교수인 나카지마 미키(Miki Nakajima)와 그의 팀은 네이처 천문학(Nature Astronomy)에 발표된 논문에서 "기저 마그마 바다"(BMO)라고 불리는 행성 깊은 곳에 있는 고압의 용융층이 행성의 자기장을 독립적으로 유지할 수 있을 수 있다고 제안했습니다. 이 마그마 바다는 극도로 높은 압력과 고온 환경에서 행성 맨틀 바닥에 위치하고 있습니다. 연구에 따르면 이러한 조건에서 원래 절연체 또는 약한 전도체로 간주되었던 용융 암석의 전기 전도도는 수십억 년 동안 지속될 수 있는 행성 규모의 자기장을 지탱할 수 있을 만큼 크게 증가합니다.

"강한 자기장은 행성 생명체가 존재하는 데 필수적입니다." Nakajima는 지적했지만 화성과 금성과 같은 태양계의 대부분의 지구형 행성은 전체 자기장을 잃거나 안정적인 자기장을 형성하지 못했습니다. 그 이유는 주로 행성의 핵에 충분한 대류 및 에너지 조건이 부족하기 때문입니다. 그녀는 그에 비해 질량이 더 크고 내부 압력이 더 높기 때문에 많은 슈퍼지구는 핵에 금속 생성기를 유지할 수 있을 뿐만 아니라 깊은 마그마 바다에 "마그마 생성기" 세트를 부착할 수도 있다고 말했습니다. 이중 메커니즘은 행성이 거주 가능해질 확률을 공동으로 증가시킵니다.

현재 외계행성 관측에 따르면 슈퍼지구는 은하계에서 가장 흔한 유형의 행성이다. 슈퍼지구는 보통 지구 크기의 몇 배이지만 해왕성과 같은 얼음 거인보다는 작다. 그들은 일반적으로 두꺼운 가스 껍질보다는 상대적으로 "단단한" 표면을 가진 암석과 금속으로 주로 구성되어 있다고 믿어집니다. 태양계에는 그러한 행성이 존재하지 않지만, 많은 별이 거주할 수 있는 지역에서 슈퍼지구가 발견되었습니다. 이론적으로 표면에는 액체 상태의 물이 존재할 수 있기 때문에 오랫동안 외계 생명체 탐색의 중요한 목표로 여겨져 왔습니다. 연구팀은 이들 행성이 정말로 '거주 가능'한지를 판단하려면 자기장의 세기가 대기 유지와 방사선 차폐 능력만큼 중요한 핵심 지표라고 지적했다.

나카지마 팀은 슈퍼지구 깊은 곳에 있는 극한 환경을 실험실에서 재현하기 위해 로체스터 대학 레이저 ​​에너지 연구소에서 양자역학적 계산과 행성 진화의 수치 모델을 보완한 레이저 충격 실험을 수행했습니다. 연구진은 마그네슘과 철이 풍부한 산화물((Mg, Fe)O) 등 대표적인 맨틀 물질을 선정해 고출력 레이저를 이용해 시료에 순간적으로 가압과 가열을 가해 슈퍼지구 심부 맨틀에 버금가는 압력과 온도를 견디게 한 뒤 녹은 상태에서 전도도 변화를 측정했다. 실험 결과에 따르면 수백만 대기압의 극한 압력 하에서 녹은 암석은 충분히 높은 전기 전도성을 나타낼 수 있으며, 행성의 내부 대류 운동과 결합하면 수십억 년 동안 지구 자기장과 유사하거나 훨씬 더 강한 자기장을 유지할 수 있습니다.

모델 예측에 따르면 지구 부피의 약 3~6배에 달하는 슈퍼지구는 그러한 지하 마그마 바다를 오랫동안 유지하고 강력하고 오래 지속되는 자기장을 생성할 가능성이 가장 높습니다. 이 연구는 또한 코어 생성기와 비교하여 마그마 생성기가 합금 구성의 변화에 ​​덜 민감하고 더 오래 지속되며 행성의 냉각 및 진화 동안 대기와 표면 생명을 보다 안정적으로 보호할 수 있다고 지적했습니다. 이는 외계 행성이 "거주 가능"한지 여부를 평가할 때 천문학자들에게 새로운 내부 구조 기준을 제공합니다. 행성의 철심 조건이 이상적이지 않더라도 깊은 마그마 바다가 충분히 두껍고 대류가 충분히 강한 한 대기와 생명체를 보호하기 위한 자기장이 여전히 있을 수 있습니다.

"내 연구 배경은 주로 이론과 계산에 관한 것이기 때문에 이 작업은 나에게 흥미롭고 도전적이며, 개인적으로 고압 실험에 참여한 것은 이번이 처음입니다." 나카지마는 이 학제간 연구를 완료한 데 대해 여러 연구 방향의 공동 연구자에게 감사하며 앞으로 외계 행성 자기장 관측을 통해 이 가설을 테스트할 수 있기를 기대한다고 말했습니다. 천문관측 기술이 발전함에 따라 향후 항성폐색이나 전파복사, 항성풍의 상호작용 신호 등을 통해 슈퍼지구 자기장의 세기를 유추하는 것은 '마그마 해양 자기장' 메커니즘을 검증하는 핵심 증거가 될 것이다.

2026년 1월 15일 "Nature Astronomy"에 "극압 하에서의 (Mg, Fe)O의 전도도와 행성 마그마 바다에 대한 영향"이라는 논문이 게재되었습니다. 이 논문은 행성의 내부 구조가 자기장과 거주 가능성을 어떻게 형성하는지에 대한 인류의 이해를 더욱 완성합니다. 연구팀은 외계 행성의 내부와 자기장에 대한 더 많은 정보가 얻어지면 행성 깊은 곳에 숨겨진 마그마의 '검은 바다'가 우주의 잠재적 생명 세계에 눈에 보이지 않지만 중요한 보호 우산을 조용히 제공하고 있음을 발견할 수 있을 것이라고 믿고 있습니다.