인간은 밤하늘을 올려다본 이래로 지구 너머의 생명체에 대해 호기심을 가져왔습니다. 이제 과학자들은 태양계에 생명체가 살기에 적합한 조건을 갖춘 곳이 여러 군데 있다는 것을 알고 있습니다. 이들 중 하나는 목성의 달인 유로파(Europa)로, 액체 물로 이루어진 염분 지하 바다가 있는 매혹적인 세계입니다. 아마도 지구의 모든 바다를 합친 것보다 두 배나 많은 액체 물일 것입니다. 그러나 과학자들은 유로파의 바다에 생명에 필요한 화학 물질, 특히 우리가 알고 있는 생명의 보편적 구성 요소인 탄소가 포함되어 있는지 여부를 아직 확인하지 못했습니다.

이제 제임스 웹 우주 망원경을 사용하는 천문학자들은 유로파 표면에서 탄소를 발견했는데, 탄소는 이 바다에서 유래했을 가능성이 높습니다. 이번 발견은 유로파 바다에 거주 가능한 환경이 있을 가능성을 암시합니다.

검정색 배경에 있는 청백색 구체는 우주에서 지구를 찍은 유명한 "Blue Marble" 사진을 연상시킵니다. 구의 가장자리는 흐릿하고 확산되어 관찰자를 향하는 북반구의 대부분이 진한 파란색 패치로 나타납니다. 커다란 초승달 모양의 흰색 패치가 관찰자를 바라보는 남반구의 왼쪽을 따라 이어져 있으며, 더 큰 구형의 흰색 패치가 남반구 오른쪽의 중위도를 덮고 있습니다. 연한 파란색 영역은 남반구의 흰색 패치와 접해 있습니다.

목성의 위성 유로파는 태양계에서 생명체가 존재할 수 있는 몇 안 되는 세계 중 하나입니다. 이전 연구에서는 수빙 지각 아래에 염분이 있는 액체 바다와 바위가 많은 해저가 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 그러나 행성 과학자들은 이 바다에 생명에 필요한 화학 물질, 특히 탄소가 포함되어 있는지 아직 확인하지 못했습니다.

NASA의 제임스 웹 우주 망원경의 데이터를 사용하여 천문학자들은 유로파 얼음 표면의 특정 영역에서 이산화탄소를 발견했습니다. 분석에 따르면 탄소는 운석이나 기타 외부 소스에 의해 제공되기보다는 지하 바다에서 유래했을 가능성이 높습니다. 게다가, 그 퇴적은 지질학적으로 최근에 이루어진 것이다. 이 발견은 유로파 바다의 잠재적인 거주 가능성에 대해 중요한 의미를 갖습니다.

"지구에서 생명체는 화학적 다양성을 좋아합니다. 다양성이 많을수록 더 좋습니다. 우리는 탄소 기반 생명체입니다. 유로파 바다의 화학적 성질을 이해하는 것은 우리가 알고 있는 생명체에 적대적인지, 아니면 생명체에게 좋은 곳인지를 결정하는 데 도움이 될 것입니다."라고 메릴랜드주 그린벨트에 있는 NASA 고다드 우주 비행 센터의 제로니모 빌라누에바(Geronimo Villanueva)는 말했습니다.

"우리는 이제 우리가 유로파 표면에서 볼 수 있는 탄소가 바다에서 유래한다는 관측적 증거를 가지고 있다고 믿습니다. 이것은 작은 일이 아닙니다. 탄소는 생명체의 필수 요소입니다."라고 뉴욕주 이타카에 있는 코넬 대학의 Samantha Trumbo가 덧붙였습니다. 데이터를 분석한 두 번째 논문의 주저자입니다.

NASA는 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 우주선을 발사할 계획이다. 우주선은 유로파가 생명체가 존재하기에 적합한 조건을 가지고 있는지를 더 연구하기 위해 수십 차례의 유로파 근접 비행을 실시할 것입니다.

표면과 바다의 연결

Weber는 유로파 표면에서 이산화탄소 함량이 가장 높은 지역이 "Tara Regio"라고 불리는 지역임을 발견했습니다. 표면 얼음이 파괴되어 지하 바다와 얼음 표면 사이에 물질 교환이 있었을 가능성이 있습니다.

"허블 우주 망원경을 사용한 이전 관측에서는 타라 리지오(Tara Riggio)의 바다에서 소금이 추출되었다는 증거가 나타났습니다. 이제 우리는 그곳에서도 높은 농도의 이산화탄소를 볼 수 있습니다. 이는 탄소가 궁극적으로 내부 바다에서 유래했을 수 있다는 것을 의미한다고 트럼보(Trumbo)는 설명했습니다.

"과학자들은 유로파의 바다가 표면과 얼마나 연결되어 있는지에 대해 토론하고 있습니다. 나는 그 질문이 유로파 탐사의 큰 원동력이었다고 생각합니다"라고 Villanueva는 말했습니다. "이것은 우리가 전체 그림을 얻기 위해 얼음을 뚫기 전에도 바다의 구성에 대한 근본적인 것을 배울 수 있음을 시사합니다."

두 팀은 NIRSpec(Webb Near Infrared Spectrograph) 통합 현장 장치의 데이터를 사용하여 이산화탄소를 측정했습니다. 이 기기 모드는 직경 1,944마일의 유로파 표면에 걸쳐 320x320km(200x200마일) 해상도의 스펙트럼을 제공할 수 있어 천문학자들이 특정 화학물질의 위치를 ​​확인할 수 있습니다.

이산화탄소는 유로파 표면에서 안정적이지 않습니다. 따라서 과학자들은 이산화탄소가 최근 지질 시대에 공급되었을 가능성이 높다고 말하는데, 이는 젊은 지형 지역에 이산화탄소가 집중되어 있다는 사실로 뒷받침되는 결론입니다.

천문학 연구 대학 협회의 하이디 하멜(Heidi Hammel)은 이렇게 말했습니다. "이러한 관측은 천문대 시간 중 몇 분밖에 걸리지 않았으며, 이 짧은 시간에도 우리는 매우 중요한 과학적 작업을 완료할 수 있었습니다. 이 작업은 웹 망원경으로 할 수 있는 모든 놀라운 태양계 과학에 대한 첫 번째 단서를 제공합니다." 그녀는 Webb의 태양계에 대한 최초의 주기 보장 시간 관측을 이끄는 Webb 학제간 과학자입니다.

빌라누에바 팀은 또한 유로파 표면에서 분출되는 수증기 기둥의 증거를 찾았습니다. NASA의 허블 우주 망원경을 사용하는 연구자들은 2013년, 2016년, 2017년, 2018년에 기둥을 예비적으로 발견했다고 보고했습니다. 그러나 결정적인 증거를 찾는 것은 어려웠습니다.

새로운 Webb 데이터는 연기 활동의 증거를 보여주지 않았기 때문에 Villanueva 팀은 ​​물질이 배출될 수 있는 속도에 엄격한 상한선을 설정할 수 있었습니다. 하지만 연구팀은 탐지가 부족하다고 해서 연기 발생 가능성을 배제할 수는 없다고 강조했다.

"이 기둥은 가변적이며 특정 시간에만 볼 수 있다는 것은 항상 가능합니다. 우리는 Webb 망원경으로 관찰하는 동안 유로파에서 기둥을 발견하지 못했다고 100% 확실하게 말할 수 있습니다"라고 Hamel은 말했습니다. 이번 발견은 NASA의 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 임무와 유럽우주국(ESA)의 다가오는 목성 얼음 달 탐험가(JUICE)에 정보를 제공하는 데 도움이 될 수 있습니다.

두 논문은 9월 21일 사이언스 저널에 게재될 예정이다.

제임스 웹 우주 망원경은 세계에서 가장 중요한 우주 과학 관측소입니다. Webb은 태양계의 신비를 풀고, 다른 별 주위의 먼 세계를 들여다보고, 우주의 신비한 구조와 기원, 그리고 그 안에서 우리의 위치를 ​​탐구하고 있습니다. Webb 망원경은 NASA가 유럽 우주국(ESA) 및 캐나다 우주국을 포함한 파트너와 함께 주도하는 국제 프로그램입니다.