2015년 7월 14일 뉴 호라이즌스 우주선의 망원경이 포착한 명왕성의 가장 큰 달 카론. / NASA, JPL-Caltech

카론에서 과산화수소와 이산화탄소의 검출을 나타내는 빛의 신호를 보여주는 그래프. / Silvia Protopapa(SwRI), Ian Wong(STScl)

명왕성(Pluto)의 가장 큰 달 '카론(Charon)'에서 이산화탄소·과산화수소가 처음 발견돼 천문학계에서 큰 관심을 끌고 있다. 과학자들은 카론과 태양계 가장자리의 다른 얼음 천체들이 어떻게 형성되었는지를 더 잘 알 수 있게 됐다고 흥분했다. 한때 태양계의 아홉번째 행성이었던 명왕성은 2006년 국제천문연맹(IAU)에서 왜소행성으로 격하됐다.

천문학자들이 제임스웹 우주망원경(JWST)을 사용해 카론의 얼어붙은 표면에서 이산화탄소와 과산화수소 고체 분자를 검출했다고 스페이스닷컴 등이 전했다. 팀의 연구 결과는 10월 1일자 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 실렸다.

카론은 1978년 발견된 이후 광범위하게 연구의 대상이 됐다. 그러나 지금까지 카론 연구는 탐구할 수 있는 빛의 파장에 제한이 있었다. 그 결과 과학자들이 카론에서 물 얼음, 암모니아 함유 종 및 유기 화합물을 검출했음에도 불구, 이산화탄소와 과산화수소는 검출되지 않았다. 이산화탄소는 약 45억 년 전에 카론이 형성됐을 때 원래 성분으로 추정된다.

카론은 너비 약 1207km로 명왕성의 절반 정도다. 카론과 명왕성 사이의 거리는 약 1만9640㎞. 태양계 가장자리의 얼음 파편, 혜성 및 왜소행성의 고리인 카이퍼 벨트에 위치해 있다. 카이퍼 벨트의 더 큰 천체들과 달리, 카론의 표면은 메탄과 같은 휘발성 얼음으로 가려져 있지 않다. 카론은 또 지질학적 지도상의 유일한 중간 크기 천체다.

카론에 대한 정보는 약 10년 전 명왕성 시스템을 방문한 NASA의 뉴 호라이즌스 우주선이 제공했다. 이번 JWST의 관측은 2015년 뉴 호라이즌스가 카론을 지날 때 얻은 데이터를 기반으로 했다.

사우스웨스트연구소(SwRI)의 실비아 프로토파파가 이끄는 팀은 JWST의 근적외선 분광기(NIRSpec)를 사용해 카론을 연구함으로써 그 동안 풀리지 않던 공백을 채웠다. 천체의 스펙트럼에서 '분광법' 기술을 통해 원소와 화합물의 '지문'을 알아낸 것. 팀은 이산화탄소가 주로 물 얼음이 풍부한 지하 표면에 얇게 존재한다는 결론을 내렸다.

프로토파파는 "상층의 이산화탄소가 내부에서 기원하여 충돌 사건을 통해 표면에 노출되었다"며 "이산화탄소의 검출은 우리의 기대를 만족시키는 확인이었다"고 설명했다. 그녀는 또 "이번 발견은 태양광 노출과 충돌과 같은 과정이 카론의 표면을 어떻게 형성하는지, 해왕성 궤도 너머의 다른 중간 크기 얼음 천체들을 어떻게 형성하는지에 대한 귀중한 통찰력을 제공한다"고 강조했다.

과산화수소의 검출도 예상 밖의 수확이었다. 과산화수소수의 존재는 카론이 시간이 지남에 따라 경험한 방사선 과정을 보여준다. 카론에서 과산화수소가 발견된 것은 명왕성의 가장 큰 위성의 물 얼음 표면이 태양의 자외선, 태양풍의 에너지 입자, 태양계 너머에서 오는 전하 입자들에 의해 활발하게 변화하고 있음을 시사한다.