태양계의 9번째 행성 지위를 갖고 있다가 왜행성으로 강등된 명왕성에는 지구의 산꼭대기 관설(冠雪)처럼 산 정상이 얼음으로 하얗게 덮인 낯익은 풍경이 펼쳐져 있다.

지난 2015년 미국 항공우주국(NASA)의 심우주 탐사선 뉴허라이즌스호가 근접 비행하면서 처음 확인한 명왕성의 산 정상 얼음은 지구를 제외하면 태양계에서는 유일하다.

하지만 이 얼음이 물이 아닌 메탄으로 된 것이며 만들어지는 과정도 전혀 다른 것으로 밝혀졌다.

▲ 뉴허라이즌스호가 근접 비행 중 포착한 명왕성. 명왕성 하단 박스는 크툴루 지역이며 오른쪽 상자는 크툴루 지역 내 피가페타 산맥을 확대한 것이다.

프랑스 국립과학연구센터(CNRS)와 과학전문 매체 등에 따르면 NASA 에임스연구센터의 행성학자 탕기 베르트랑 박사가 이끄는 국제 연구팀은 뉴허라이즌스호 관측 자료를 분석하고 기후 모델을 만들어 얻은 이런 결과를 과학 저널 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications)를 통해 발표했다.

명왕성의 적도 지역인 크툴루(Cthulhu)의 피가페타와 엘카노 산맥 정상에서 관측된 얼음은 지금까지 무엇으로, 어떻게 구성됐는지가 밝혀지지 않았다.

피가페타 산맥의 정상은 높이가 약 3.5㎞에 달했는데 1.5㎞ 위로 얼음이 형성돼 있었으며 크툴루 지역의 크레이터(충돌구) 가장자리에서도 이와 비슷한 얼음이 관측됐다.

이 얼음이 명왕성 대기에 지구의 수증기처럼 존재하는 메탄이 얼어 만들어졌다는 점은 알려져 있었으나 순수 메탄인지 아니면 질소가 섞여 있는지, 질소가 포함돼 있다면 어느 정도인지는 불분명했다.

연구팀은 우선 산 정상의 얼음에 초점을 맞춰 뉴허라이즌스호의 관측 자료를 정밀 분석해 얼음이 거의 순수한 메탄으로 돼 있고 질소가 소량 포함된 것을 확인했다.

또 명왕성 기후에 관한 컴퓨터 시뮬레이션을 개발해 메탄에 초점을 맞춰 행성 내 대기 흐름을 분석했다.

그 결과, 명왕성의 옅은 대기는 높은 곳에 몰려있는 메탄가스가 태양의 복사열을 흡수해 고도가 높을수록 기온도 오르는데 산 정상과 같이 고도와 기온이 높은 곳에서는 메탄이 응축돼 직접 얼음이 될 정도로 풍부한 것으로 나타났다. 반면 산 밑 평지처럼 고도와 기온이 낮은 지역에는 응축이 일어날 만큼 메탄이 많지 않아 얼음이 형성되지 않았다.

이는 지구에서 고도가 높아질수록 기온이 내려가 수증기를 머금은 바람이 산기슭을 타고 올라가면서 냉각되고 응축돼 구름을 만들고 산 정상에 관설을 형성하는 것과는 전혀 다른 과정이다.

연구팀은 명왕성 산 정상의 메탄 얼음 형성 과정이 크레이터 가장자리의 얼음이나 칼날처럼 된 다른 메탄 얼음의 형성도 설명해 줄 수 있다고 밝혔다.

베르트랑 박사는 스페이스닷컴과의 회견에서 "우주에는 우리가 모르는 물리적, 역학적 과정이 아직 많이 있으며, 지구와 풍경은 비슷해도 아주 다른 기후가 있을 수 있다는 점을 가르쳐주고 있다"고 했다.

국제팀  press@jeonpa.co.kr

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