[지구의 물 원천] 태양풍과 우주 먼지

물은 지구상의 생명체에 필수적이며

 일부 전문가들은 건강한 생활 방식의 일환으로 우리 모두가 매일 약 2리터를 마셔야 한다고 말한다. 

그러나 수돗물 너머에서 우리의 물은 어디에서 왔나?

강, 저수지 및 대수층에서 흐른다. 그런데 그 물은 어디에서 왔나? 

지질학적, 생물, 대기, 강, 바다, 우리의 발 아래 바위, 심지어 행성의 깊은 내부를 통해 통해 물이 나온다.

하지만 그 전에는? 지구는 처음에 물을 어디서 얻었나? 

과학자들은 이 질문에 대한 답을 오랫동안 찾아왔다.

우리는 물이 어디에서왔나를 알아내기 위해 작은 소행성 조각을 연구했고,

우리는 태양에서 오는 양성자의 비가 태양계 전체에 걸쳐 암석과 먼지에 항상 물을 생성할 수 있다고 생각한다. 

사실, 지구 물의 최대 절반이 이런 방식으로 생성되어 우주 먼지가 떨어지는 상태로 이곳에 도착했을 수 있다.

물 퍼즐

우리는 지구의 물이 태양계의 역사 초기에 우주 공간에서 왔을 가능성이 있다는 것을 알고 있다. 

그렇다면 지구에 물을 준 태초의 배달 서비스는 무엇일까?

물이 풍부한 소행성은 현재 물과 탄소-수소 화합물을 전달할 수 있는 최고의 후보로,

생명체가 거주할 수 있는 아름다운 푸른 행성을 가능하게 한다.

그러나 소행성에서 나온 물에는 중수소라고 하는 더 무거운 종류 또는

동위원소에 대한 일반 수소의 특정 비율이 포함되어 있다. 

지구의 모든 물이 소행성에서 온 것이라면 우리는 그 비율이 이와 같을 것이라고 예상할 것이다. 

그러나 지구 물에는 중수소가 적기 때문에 중수소가 적은 우주에는 다른 물 공급원도 있어야 한다.

그러나 태양계에서 우리가 알고 있는 수소는 많지만 중수소 비율이 지구보다 낮은 것은 태양 그 자체뿐이다. 

이것은 지구의 물에 있는 수소가 어떻게 태양으로부터 올 수 있었는지 알기 어렵기 때문에 우리를 약간 혼란에 빠뜨린다.

흥미롭게도 우리는 마침내 이 수수께끼에 대한 답을 얻게 될 것이다.

작은 소행성 조각

2011년, 일본 우주국(JAXA)은 소행성 이토카와(Itokawa)의 샘플을 지구로 가져오기 위해 하야부사 임무를 보냈다. 

2017년에 운 좋게도 샘플에서 인간 머리카락 너비 정도의 매우 희귀한 광물 입자 3개를 할당받았다.

우리의 목표는 이러한 먼지 입자의 외부 표면을 완전히 새로운 방식으로 연구하여

"우주 풍화"의 영향을 받았는지 확인하는 것이었다. 

이것은 유해한 은하계 우주선, 미세 운석 충돌, 태양 복사 및 태양풍과 같이

우주에 노출된 모든 표면에 영향을 미치는 것으로 알려진 프로세스의 조합이다.

우리는 원자 수준에서 작은 샘플을 분석하는 원자 프로브 단층 촬영이라는 비교적 새로운 기술을 사용하여 3개 대륙의 전문가로 구성된 거대한 팀에서 일했다. 

이를 통해 개별 원자와 분자의 존재비와 위치를 3D로 측정할 수 있다.

Itokawa 입자의 표면 근처에서 수산화물 분자(OH, 산소 원자 1개와 수소 1개를 포함)와 더 중요한 것은 물(H₂O, 수소 원자 2개와 산소 1개 포함)이 풍부한 층을 발견했다.

이 물의 발견은 매우 뜻밖이었다! 

우리가 알고 있는 모든 것에 따르면, 이 소행성 광물은 뼈처럼 건조해야 한다.

태양풍이 물을 만드는 방법

이 수층을 형성하는 데 필요한 수소 원자의 가장 가능성 있는 원천은 태양풍입니다.

수소 이온(전자가 빠져 있는 원자)은 태양으로부터 우주 공간을 통해 흐르다가 먼지 입자 표면에 머물게 된다.

우리는 실험실에서 중수소 이온(중수소)을 발사하여 소행성과 같은 광물에서 태양풍의 이온을 시뮬레이션함으로써 이 이론을 테스트했으며, 이 이온이 광물 입자와 반응하고 산소 원자를 훔쳐 수산화물과 물을 생성한다는 것을 발견했다.

태양풍에 의해 생성된 물은 우리 태양계에서 이전에 고려되지 않은 저장소를 의미한다.

게다가, 은하계의 모든 공기가 없는 세계나 암석 덩어리는

태양에 의해 동력을 공급받는 천천히 재생되는 수자원의 원천이 될 수 있다.

이것은 미래의 인류 우주탐사를 위한 환상적인 소식이다 . 

이 생명을 주는 수자원은 잠재적으로 수소와 산소로 분해되어 로켓 연료를 만들 수도 있다.

지구로 돌아가기

그렇다면 이 원리는 지구의 물의 기원과 어떤 관련이 있나?

지구와 바다가 형성되고 있을 때,

태양계는 수 킬로미터 너비의 소행성에서부터 마이크로미터 규모의 먼지 입자에 이르는 물체로 가득 차 있었다. 

이 물체들은 그 이후로 우리 행성(및 다른 것들)에 떨어지고 있다.

우리의 작은 우주 풍화 모델에 의해 유추하면 1 입방 미터의 소행성 먼지에 20 리터의 물이 포함될 수 있다고 추정했다.

따라서 영겁에 걸쳐 지구에 떨어진 모든 우주 먼지와 함께

태양으로부터 많은 물(중수소가 적음)이 더 큰 소행성에서 좀 더 많은 물과 함께 도착했을 것이다.

우리는 물이 풍부한 먼지와 소행성의 약 50:50 혼합이 지구의 물의 동위원소 구성과 완벽하게 일치할 것이라고 계산했다.

따라서 다음 물 한 잔을 마시면서 지구가 태양으로부터 물의 절반을 끌어냈다는 기이한 생각을 숙고해 보자.

 

이 기사는 Creative Commons 라이선스에 따라 The Conversation 에서 다시 게시된다. 원본 기사를 읽자.

이미지 크레디트: NASA 제트추진연구소

루크 데일리

출처: [지구의 물 원천] 지구 물의 최대 절반은 태양풍과 우주 먼지에서 나올 수 있다. 우리는 물이 어디에서왔나를 알아내기 위해 작은 소행성 조각을 연구했고, 우리는 태양에서 오는 양성자의 비가 태양계 전체에 걸쳐 암석과 먼지에 항상 물을 생성할 수 있다고 생각한다. 사실, 지구 물의 최대 절반이 이런 방식으로 생성되어 우주 먼지가 떨어지는 상태로 이곳에 도착했을 수 있다.-ainet - https://www.ainet.link/5609

 

 

보충 자료

우주 다큐 : 태양이 정말 물을 만들어낼 수 있을까?? [EP 129] - 미노스 (youtube.com)