화성과 목성 사이 소행성대(帶)에 있는 혜성의 꼬리에서 물의 존재가 처음으로 확인됐다.

이는 원시 태양계의 물로 된 얼음이 목성 안쪽까지 보존될 수 있었다는 점을 보여주는 것으로 제시됐다.

미국 항공우주국(NASA)에 따르면 메릴랜드대학 천문학자 마이클 켈리 박사가 이끄는 연구팀은 소행성대에 있는 '혜성 238P/리드(Read)'에서 처음으로 수증기를 포착한 결과를 과학 저널 '네이처'(Nature)에 발표했다.

▲ 혜성 리드 상상도.

연구팀은 제임스 웹 우주망원경(JWST)의 근적외선분광기(NIRSpec)를 이용해 혜성 주변의 가스를 분석해 수증기를 확인했다.

혜성은 태양에서 멀리 떨어진 해왕성 궤도 밖 '카이퍼벨트'(Kuiper Belt)나 오르트구름(Oort Cloud)에만 있는 것으로 여겨졌다. 태양에 근접할 때 열에 의해 기화하며 혜성 특유의 긴 꼬리를 형성하는 얼음이 보존되려면 태양에서 멀리 떨어져야 한다는 점이 근거가 됐다.

하지만 화성과 목성 사이 소행성대에서도 드물지만 정기적으로 핵에서 방출된 먼지와 가스로 '코마'(coma)를 형성하고 긴 꼬리를 보이는 천체가 발견됐으며, 리드도 처음 관측된 3개 혜성 중 하나로 관심을 받아왔다.

▲ 웹망원경으로 포착한 혜성 238P/리드(배경그림)와 수증기와 CO₂ 분광 결과. 지난해 9월 8일 웹 망원경 적외선분광기로 혜성 238P/리드를 관측한 이미지로, 코마와 꼬리가 포착돼 있다. 그래프는 수증기와 CO₂ 분광 자료를 혜성 103P/하틀리2와 비교한 것으로 CO₂ 부분이 낮게 나타나 있다.

연구팀은 웹 망원경 관측을 통해 리드의 코마에서 수증기를 포착해 냄으로써 소행성대에도 진짜 혜성이 존재한다는 확증을 제시하고, 태양계 형성 초기 물로 된 얼음이 소행성대까지 보존될 수 있다는 점도 입증했다.

켈리 박사는 "소행성대에서 혜성의 모든 특징을 가진 천체가 관측됐지만, 웹 망원경의 정확한 분광 자료를 갖고 혜성의 특징을 만들어내는 것이 물로 된 얼음이라는 것을 분명하게 말할 수 있게 됐다"고 설명했다.

한편 리드 혜성의 코마에서는 이산화탄소(CO₂)가 포착되지 않아 새로운 수수께끼로 제시됐다.

태양열에 쉽게 기화하는 혜성의 휘발성 물질에는 CO₂가 10%가량 포함돼 있는데 리드에서는 CO₂가 없는 것으로 관측됐다는 것이다.

연구팀은 리드가 형성 초기에는 CO₂을 갖고 있었지만, 온도가 상대적으로 높은 소행성대에 있으면서 물보다 더 쉽게 기화하는 특성상 모두 증발했거나, 처음부터 CO₂가 없는 특별히 더 온도가 높은 영역에서 형성됐을 가능성이 있는 것으로 분석했다.

연구팀은 소행성대 안 다른 혜성도 관측해 CO₂가 존재하는지를 확인할 계획이다.

논문 공동 저자인 고더드우주비행센터 우주화학실험실의 스테파니 밀람 박사는 "지구가 어떻게 이렇게 많은 물을 갖게 됐는지는 확신할 수 없는 미스터리가 돼왔다"면서 "태양계의 물 분포를 이해하는 것은 다른 행성계를 이해하고 지구와 같은 행성을 갖게 될지를 알아내는 데 도움이 될 것"이라고 했다.

그러면서 "소행성대까지 물이 보존돼 있다는 점이 웹 망원경을 통해 확인된 만큼 시료 채취 미션으로 이를 이어가는 것은 매력적인 일이 될 것"이라고 덧붙였다.

과학팀  press@jeonpa.co.kr

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