주노(Juno)가 촬영한 태양계에서 가장 화산체가 많은 목성의 달 이오. / NASA JPL

“이오(Io)의 표면 일부가 유리처럼 매끄럽다. 화산으로 만들어진 지구의 흑요석 유리를 연상시킨다.”

태양계에서 가장 큰 목성에는 수많은 위성이 있는데, 그중 커다란 몇개는 갈릴레오 위성이라고 불린다. 가장 큰 위성은 수성보다도 크다. 그중 유명한 '이오' 위성의 새로운 모습이 포착됐다. 새로운 모습에는 용암의 지속적 흐름이 포착되면서 이오가 태양계에서 45억 년 동안 가장 격렬한 화산활동을 해왔음을 알 수 있다.

미국 항공우주국 NASA의 목성 탐사선 주노(Juno)가 4월 9일 근접 비행으로 이오의 신비로운 모습을 포착한 것. 이오 표면으로부터 1만6500km까지 바짝 다가선 결과다. 주노에 탑재된 카메라 주노캠은 산과 용암 호수인 로키 파테라(Loki Patera)의 위용을 잡아냈다. 여러 개의 섬으로 이뤄진 로키는 용암 테두리를 하고 있는 특이한 모습이다. 특히 주노캠이 이오의 남극 지역을 촬영한 것은 사상 처음이다. 주노의 61번째 목성 근접비행은 5월 12일로 잡혀 있다.

이와 함께, '사이언스(Science)'에는 이오 위성의 표면모양과 화산 활동에 대한 연구도 발표됐다. 

미국 항공우주국 NASA의 제트추진연구소(JPL)와 스페이스닷컴 등에 따르면, 과학자들은 목성의 얇은 대기권의 황(sulfur)과 염소(chlorine)를 추적한 결과, 목성-유로파(Europa)-가니메데(Ganymede)의 중력 밀당이 이오의 조석력을 매우 강하게 발생시킨다는 사실을 확인했다. 즉 이오의 극단적 화산활동은 이오를 포함한 세 위성의 정확한 배열과 목성 궤도를 도는 '중력 무용(gravitational dance)'이 빚어낸 결과라는 것이다. 이오와 함께, 유로파-가니메데 위성은 갈릴레오 위성이라고 불리는 가장 큰 위성들에 속한다.

"이오의 표면은 매우 '젊어서' 용암 흐름과 화산 기둥 퇴적물이 약 100만 년이 넘는 특징들을 덮고 있음을 의미한다. 따라서 지질학적 관점에서 볼 때 지난 100만 년 이전의 이오 화산 역사에 대해 아무것도 알 수 없었다." 미국 캘리포니아공대 연구팀의 캐서린 드 클레어 교수가 이오의 수수께끼에 대해 이렇게 말했다. 

4월 18일 자 '사이언스(Science)' 저널에 발표된 이 연구에 따르면, 연구팀은 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 집합체(ALMA)가 확보한 데이터를 바탕으로 황과 염소를 함유한 이오 대기권 분자들의 동위원소를 찾았다. 연구팀은 또 두 원소 모두 태양계 전반에 걸쳐 발견되는 더 가벼운 동위원소의 평균치에 비해 더 많은 중성자 수를 가진 원자인 무거운 동위원소 변형이 더 많이 존재함을 발견했다.

목성 탐사선 주노(Juno)가 사상 처음 포착한 이오의 남극 지역. / NASA JPL

이오에서 화산 활동에 따라 위성의 내부와 대기 사이에서 물질이 지속적으로 재활용되는데, 그 과정에서 이오는 가벼운 황 동위원소의 94~96%를 잃었다. 드 클레어 교수는 "이오의 대기에 있는 황 동위원소를 가져다가 이오가 황이 풍부한 가스를 생산해 왔고, 따라서 이오가 수십억 년 동안 화산 활동을 해왔다는 것을 추론할 수 있다"고 설명했다.

이오에서 화산 활동이 이어지는 과정은 이렇다. 일단 목성의 위성들이 타원 상태가 되면, 목성과의 거리가 변하기 때문에 목성의 중력 변화를 경험하게 된다. 이오는 목성의 중력 변화량을 느끼고 암석 조석을 일으킨다. 이오의 모양은 1.8일에 불과한 궤도마다 압축되고 늘어진다. 이로 인해 맨틀에서 마찰을 일으키고, 암석을 녹일 수 있는 충분한 열을 생성시켜 화산을 촉발하게 된다.

드 클레어 교수는 "지난 20년간 발표된 컴퓨터 시뮬레이션은 이오, 유로파, 가니메데가 형성되는 즉시 현재의 공명 궤도 구성에 포착될 수 있었다. 이 공명이 궁극적으로 화산을 일으키는 원인”이라고 덧붙였다.