토성의 소형 위성 미마스(Mimas)에서 지하 바다가 발견되었다는 사실은 과학계에 큰 파장을 일으켰다. 영화 '스타워즈'에 등장하는 '데스 스타(Death Star)'와 흡사한 외관을 가진 미마스에서 생명체 존재 가능성을 암시하는 바다가 발견되었다는 것은 과학적 흥미뿐만 아니라 대중의 상상력을 사로잡았다.

포브스 재팬은 미마스 내부에 바다가 존재할 수 있다는 발견이 지질학적으로 활발한 천체에만 해당될 것이라는 기존의 생각을 뒤집는, 실로 놀라운 발견이라고 지난 14일 보도했다.

프랑스 파리 천문대의 발레리 레이니 박사팀은 지난 2월 8일 과학 저널 '네이처(Nature)'에 게재된 연구에서 토성 탐사선 카시니(Cassini)의 관측 자료를 분석한 결과, 미마스가 수많은 충돌 분화구로 덮인 얼음 표면 아래에 비교적 최근에 형성되어 여전히 진화 중인 바다가 존재할 가능성이 있다고 발표했다.

지름이 390km로 토성의 주요 위성 중 가장 작으며 가장 안쪽 궤도를 22시간 만에 공전하는 미마스는 표면이 분화구(crater, 운석 충돌 등으로 생기는 거대한 구덩이)로 덮여 있고 변화가 없다는 점에서 지질학적으로 비활성 상태로 여겨져 왔다. 하지만 2010년 카시니 탐사선이 관찰한 미마스의 '흔들림(libration)' 현상은 과학자들의 관심을 끌었다. 이는 미마스 내부에 액체 상태의 물이 존재할 가능성을 시사하는 중요한 증거였다.

미마스는 표면의 광범위한 부분을 차지하는 거대한 충돌 분화구 '허셜'로 인해 영화 '스타워즈'에 등장하는 우주 요새 '데스 스타(Death Star)'와 유사한 외관을 가지고 있다. 허셜은 1789년 미마스를 처음 확인한 천문학자 윌리엄 허셜의 이름을 딴 분화구를 말한다. 

하지만 미마스에서는 지질 활동의 징후가 발견됐다. 특히 남극 지역의 크레이터가 다른 지역의 크레이터보다 작게 보이는 것은, 이 지역에서 최근에 융해 현상이나 새로운 표면 형성이 일어나고 있음을 간접적으로 나타내고 있다.

일반적으로 얼음이나 다른 고체 표면 아래 존재하는 바다는 액체 상태로 인한 내부 역학이 표면에 변형을 일으키며 드러나곤 한다. 연구팀은 그러나 미마스의 경우, 표면 변화가 거의 관찰되지 않아, 그 아래에 액체 상태의 바다가 존재할 가능성이 매우 낮은 후보로 여겨졌다고 밝혔다.

카시니 탐사선의 관측 데이터를 활용한 이전 연구에서 미마스의 자전 운동과 궤도상의 흔들림 현상이 관찰됐으며, 이러한 현상을 설명하기 위해 내부에 길게 뻗은 암석 핵이 존재하거나, 심지어는 내부에 전체적으로 바다가 있을 수 있다는 가설이 제시됐다.

지질학적으로 활동하지 않는 것으로 여겨졌던 미마스

이번 연구를 요약한 논문에 따르면, 미마스의 바다는 약 20~30km 두께의 얼음층 아래에 위치하며, 형성 시기는 약 2500만 년 전보다 젊은 것으로 추정된다.

네이처에 따르면 미마스 내부에 전구적 규모의 액체 상태의 물로 이루어진 바다가 존재하는 것으로 확인됐다. 이 바다는 대략 1500만년에서 500만년 전 사이에 형성된 것으로 추정된다.

논문의 공동 저자이자 영국 런던 대학교 퀸 메리 대학의 물리화학 및 천문학 부문 명예 연구원인 닉 쿠퍼는 "이번 발견으로 미마스가 엔켈라두스나 유로파와 같이 내부 바다를 가진 위성 가운데 하나로 자리매김하게 됐다. 미마스의 바다가 특히 눈에 띄는 점은 그 젊은 나이다"라고 말했다.

미마스 내부의 바다는 토성과 미마스 간의 조류력 상호작용을 통해 탐지됐다. 연구 결과, 미마스 궤도의 불규칙성이 지하 바다에 의해 발생할 수 있는 현상이 아님을 밝혀냈다. 이 연구에는 미국 항공 우주국(NASA)의 토성 궤도 탐사선 카시니가 2004년부터 2017년까지 13년 동안 수집한 관측 데이터가 활용됐다.

미마스는 반경이 198km에 불과한 작은 천체이지만, 이번 발견이 큰 파장을 일으킬 수 있다고 포브스 재팬은 강조했다. 활발한 지질 활동의 징후가 없는 작은 위성이 숨겨진 바다를 가지고 있으며, 이로 인해 생명 유지에 필수적인 조건을 제공할 가능성이 있다는 것은, 과학자들이 태양계 어느 곳에서든 생명의 존재 가능성을 탐색할 수 있는 새로운 전망을 열어준다는 것이다.

바다 연대 젊어 생명체 없을 수도

영국의 일간지 가디언은 지난 7일 미마스의 바다 연대가 너무 젊어 생명체가 출현할 충분한 기회가 없었을 수 있다는 주장이 제기됐다고 보도했다. 

가디언에 따르면 프랑스 파리 천문대의 천문학자 발레리 레이니는 미마스 내부에 따뜻한 암석과 접촉하는 물이 존재함으로써 생명체가 존재할 가능성을 완전히 배제할 수 없다고 말했다. 그러나 이 숨겨진 바다의 연대가 수천만 년에 불과하다면, 생명체가 출현할 기회가 부족했을 가능성도 있다. 레이니는 "바다의 나이가 생명체 출현에 충분히 오래되었는지 여부에 대해 아무도 확신할 수 없다"고 덧붙였다.

일반적으로 위성의 암석질 핵과 지하 바다 사이의 상호작용으로 인해 생명 유지에 필요한 화학 에너지가 생성될 수 있다고 여겨진다.

쿠퍼는 "최근에 발견된 액체 상태의 물 바다는 생명의 기원을 연구하는 학자들에게 미마스를 주요 조사 대상이 됐다"고 말했다. 

미마스에서 바다가 발견되었다는 사실이 예상 밖일 수 있지만, 태양계 내 다른 행성의 위성에서 바다가 발견된 것은 이번이 처음이 아니다.

토성의 위성 엔켈라두스와 타이탄, 그리고 목성의 위성 유로파, 가니메데, 칼리스토에서 이미 행성 해양학자들이 지하 바다를 탐지해 왔다. 미마스에서의 이러한 바다 발견은 예상치 못한 장소에서 이루어졌으며, 이는 태양계 곳곳의 소형 얼음 위성에 대한 철저한 조사가 곧 시작될 것임을 시사한다.