태양계 행성 금성의 바다는 학자들의 생각보다 규모가 훨씬 작았으며, 이미 30억 년 전 모두 말라버렸다는 연구 결과가 나왔다.

미국 시카고대학교 연구팀은 최근 논문을 내고 과거 금성이 지구와 마찬가지로 바다가 펼쳐진 행성일 수 있지만 그 양은 학계 예상보다 훨씬 적었고, 증발한 시기도 예상보다 더 이전일 가능성이 있다고 주장했다.

태양계 두 번째 행성 금성은 지구의 형제 별로 불릴 정도로 지름 및 질량 등 기본 성질이 비슷하다. 다만 그 표면은 지구와 사뭇 다르다. 97%의 이산화탄소로 구성된 두꺼운 대기가 엄청난 온실효과를 불러 금성 표면 온도는 무려 480℃ 이상으로 생각된다. 표면 기압은 지구의 90배에 달해 액체 상태의 물은 존재할 수 없다. 건조 수준은 상상을 넘어, 지구에서 가장 메마른 아타카마 사막의 100에 달한다.

지표면 평균 온도가 480℃ 이상으로 생각되는 금성 <사진=미 항공우주국(NASA) 공식 홈페이지>

연구팀은 금성 표면이 원래 지금 같지는 않았다는 학자들의 가설을 바탕으로 분석에 나섰다. 과거 금성의 기후는 보다 온화해 지구처럼 파도가 넘실대는 바다가 존재했다고 보는 학자도 있다.

연구팀 관계자는 "금성은 탐사를 통해 얻은 정보가 달이나 화성에 비해 적고 비슷한 대기를 가진 천체가 태양계에 존재하지 않아 과거 기후를 추정하기 어렵다"며 "약 7억1500만 년 전까지는 물이 존재했다는 가설이 있는데, 이는 지구에 다세포 생물이 탄생한 약 6억 년 전과 비슷한 시기"라고 전했다.

연구팀이 집중한 것은 금성 대기의 산소 분자다. 산소는 금성의 물을 연구하는 중요한 요소다. 물이 증발해 대기 상층부로 올라가면 태양의 자외선에 의해 산소 및 수소 분자로 분해된다. 가벼운 수소는 우주 공간으로 날아가지만 산소는 금성의 중력 때문에 대기에 머문다. 즉 금성 대기에 포함된 산소 분자는 과거 금성에 존재한 물의 양을 추산하는 열쇠다.

학자들이 금성의 물 조사에 애를 먹는 것은 이 행성의 대기에 포함된 산소 분자나 수증기의 양이 극히 미량이기 때문이다. 금성 표면에 존재한 물이 상당히 적었다고 가정해도 기존 모델로는 현재 대기에 포함된 수증기나 산소 분자의 양을 설명할 수 없다.

건조한 금성의 지표면. 그 수준은 지구에서 가장 메말랐다는 아타카마 사막의 100배에 달한다.
<사진=NASA 공식 홈페이지>

연구팀은 과거 금성에 존재한 물의 양을 산출할 서로 다른 변수를 적용한 모델을 구축했다. 변수는 분해된 물에서 생긴 산소에 관한 것들로 구성됐다. 🔼화산에서 방출된 탄소와 결합, 이산화탄소가 됐다 🔼우주 공간으로 흩어졌다 🔼화산 폭발로 인한 마그마와 결합, 산화됐다 등 세 가지다.

이후 연구팀은 각 변수에 맞춰 금성에 처음 존재한 물의 양을 총 9만4080회 계산했다. 현재 금성 대기 중의 산소와 물, 일산화탄소 농도와 일치하는 결과는 전체의 0.4%도 되지 않았다. 금성의 대기에 산소 분자가 거의 존재하지 않는 이유는 수소처럼 우주 공간으로 날아가 버렸을 가능성이 의외로 가장 컸다.

화산과 관련된 두 변수 중 화산에서 방출되는 탄소와 결합해 이산화탄소가 되는 쪽은 거의 가능성이 없었다. 마그마와 결합할 변수 역시 산소의 양에 상당한 제한이 있는 것으로 나타났다. 지하에서 마그마가 분출되면 칼륨-40이라는 방사성 동위 원소가 금성 지각에 표출된다. 이후 칼륨-40은 붕괴돼 아르곤의 동위 원소 아르곤-40이 돼 금성 대기에 머문다.

크기와 질량이 서로 비슷한 행성들. 왼쪽부터 케플러-20e, 금성, 지구, 케플러-20f <사진=NASA
공식 홈페이지>

연구팀 관계자는 "현재 금성 대기에 포함된 아르곤-40의 양으로 미뤄, 과거 금성에서 일어난 화산 활동이 그리 심하지는 않았다는 것을 알 수 있다"며 "즉 애초에 금성 대기에서 날아간 산소 분자는 그다지 많지 않았고, 그 근원인 물도 풍부하지 않았다고 보는 것이 타당하다"고 설명했다.

이 관계자는 "현재 추정으로는 과거 금성에 존재한 바다의 평균 수심은 300m로 지구 평균인 3700m의 10% 미만"이라며 "그나마 약 30억 년 전에는 싹 증발한 것으로 보이는 만큼, 금성은 탄생 이래 대부분의 세월을 바싹 마른 채 보낸 셈"이라고 말했다.

미 항공우주국(NASA)이나 유럽우주국(ESA)은 마젤란 등 탐사선을 통해 금성을 조사해 왔다. 연구팀은 이들 기관이 현재 계획 중인 새로운 금성 탐사가 이뤄지면 보다 세밀한 금성 대기 모델 구축이 가능하다고 기대했다.

정이안 기자 anglee@sputnik.kr 

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