미국 시카고대와 NASA 제트추진연구소(JPL) 연구진이 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 목성의 깊은 내부 구조를 분석한 결과, 이 거대 행성에 태양보다 더 많은 산소가 존재할 가능성이 제시됐다. 두꺼운 구름과 격렬한 폭풍에 가려 직접 관측이 어려웠던 목성 내부를 정밀 모델로 재현하면서, 그동안 논쟁이 이어져 온 목성의 조성과 형성 과정에 대한 새로운 단서가 드러난 것이다.
이번 연구에서 연구팀은 목성의 상부 대기에서 관측된 자료를 바탕으로, 구름 아래 깊은 층까지 이어지는 화학 반응과 물질 이동을 계산하는 종합 모델을 구축했다. 이를 통해 기존 관측만으로는 추정하기 어려웠던 목성 내부의 물과 산소 분포를 정밀하게 분석했다.
구름 아래는 보이지 않는다, 그래서 시뮬레이션이 필요했다
목성 표면은 암모니아와 물, 황 화합물로 이루어진 두꺼운 구름층과 거센 폭풍으로 뒤덮여 있다. 이 때문에 탐사선이 직접 내부를 들여다보는 데에는 물리적인 한계가 있다. 특히 물과 산소의 양은 목성 형성과 진화를 이해하는 데 핵심적인 요소지만, 지금까지는 상부 대기 관측을 통해서만 간접적으로 추정해 왔다.
연구진은 상부 대기에서 측정된 수증기와 화학 성분 자료에 더해, 수천 가지 화학 반응과 대기 흐름을 시뮬레이션에 포함했다. 온도 변화, 물질의 상승과 하강, 화학 결합과 분해 과정을 함께 계산함으로써, 구름 아래 깊은 층까지 이어지는 대기의 모습을 재현했다. 이렇게 완성된 모델은 기존보다 훨씬 정교하게 목성의 내부 대기 구조를 반영한다.
계산해 보니 태양보다 많았다, “산소 1.5배”의 의미
모델 계산 결과, 목성 내부에는 태양보다 약 1.5배 많은 산소가 존재할 가능성이 제시됐다. 연구진은 목성 대기 속 물의 양을 통해 산소의 상대적인 비율을 추정했으며, 이 수치는 기존 관측치와도 일관성을 보인다고 설명했다.
목성 대기에는 메탄, 암모니아, 일산화탄소 등 다양한 성분이 섞여 있다. 하지만 상부 대기에서 보이는 성분만으로는 전체 물과 산소의 양을 정확히 알기 어렵다. 이번 연구에서는 상부 대기와 하부 대기 사이의 물질 이동까지 계산에 포함해, 목성 전체의 조성을 보다 입체적으로 추정했다.
연구진은 이 결과가 목성이 형성될 당시 풍부한 물을 포함한 환경에서 성장했을 가능성을 보여준다고 설명했다. 다만 이는 시뮬레이션을 통한 추정치이며, 향후 관측 자료와의 비교를 통해 추가 검증이 필요하다고 덧붙였다.
목성은 어떻게 만들어졌나, 형성 이론에 던지는 단서
과학자들이 산소 함량에 주목하는 이유는 산소가 물의 주요 구성 요소이기 때문이다. 목성에 얼마나 많은 물이 들어 있는지는, 이 거대 행성이 태양계 초기에 어떤 환경에서 형성됐는지를 보여주는 중요한 지표로 여겨진다.
이번 시뮬레이션 결과는 목성이 단순히 수소와 헬륨 같은 가스로만 이루어진 존재가 아니라, 물을 비롯한 중원소를 상당량 포함하고 있을 수 있음을 시사한다. 이는 목성과 같은 가스 거대 행성들이 어떻게 성장했는지를 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다.
연구를 이끈 연구자는 이번 모델이 “행성 내부를 직접 볼 수 없는 상황에서, 계산과 물리 법칙을 통해 그 구조를 추정할 수 있음을 보여주는 사례”라고 설명했다.
손동민 기자/ hello@sciencewave.kr
출처: Phys.org
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