지구에 물이 존재하는 이유 (ft. 태양풍?)

 지구는 태양계에서 유일하게 액체 상태의 물이 풍부한 행성으로 알려져 있습니다.

 지구 표면의 약 70%가 물로 덮여 있으며, 이는 생명체의 존재와 진화에 결정적인 역할을 해왔으나, 이 물의 기원에 대해서는 오랫동안 과학계에서 논쟁이 있어왔습니다.

 최근 연구 결과에 따르면, 태양풍이 지구 물의 일부 기원일 수 있다는 흥미로운 가설이 제시되었는데, 새롭게 연구한 결과를 자세히 살펴보고, 지구 물의 기원에 대한 기존 이론들과 비교해 보겠습니다.

 

이토카와 소행성 상상도 / 사진 연합뉴스

지구 물의 기원에 대한 기존 이론

혜성 충돌설

 오랫동안 많은 과학자들은 지구의 물이 주로 혜성의 충돌로 인해 형성되었다고 믿어왔습니다.

 혜성은 얼음과 먼지로 구성된 천체로, 태양계 외곽에서 형성되어 내부로 이동하면서 지구와 충돌했을 가능성이 있습니다.

 이 이론은 혜성의 물 함량이 높다는 점과 지구 형성 초기에 많은 천체 충돌이 있었다는 증거를 바탕으로 합니다.

 

소행성 충돌설

 혜성 충돌설과 유사하게, 일부 과학자들은 소행성의 충돌이 지구에 물을 공급했다고 주장합니다.

 특히 C형 소행성은 상당량의 물을 포함하고 있어, 지구 형성 초기에 이러한 소행성들의 충돌로 물이 공급되었을 가능성이 있습니다.

 

자체 생성설

 일부 연구자들은 지구가 형성될 당시 이미 물 분자를 포함하고 있었다는 자체 생성설을 제안합니다.

 이 이론에 따르면, 원시 태양계 성운에 존재하던 수소와 산소가 결합하여 물을 형성했고, 이 물이 지구 형성 과정에서 포함되었다는 것입니다.

 

지구의 물 생성에 태양풍의 역할

 최근 영국 글래스고대학교의 루크 데일리 박사가 이끄는 국제 연구팀은 태양풍이 지구 물의 형성에 중요한 역할을 했을 수 있다는 새로운 증거를 제시했습니다.

 이 연구 결과는 과학 저널 '네이처 천문학'(Nature Astronomy)에 발표되었습니다.

 

연구 방법

 연구팀은 일본 우주탐사선 '하야부사'가 2010년 지구로 가져온 S형 소행성 '이토카와'(Itokawa)의 미립자를 분석했습니다.

 이들은 최첨단 단층촬영 장비를 사용하여 50 나노미터 크기의 먼지 알갱이 내부를 관찰했습니다.

 

주요 발견

• 물과 수산기(OH) 존재: 연구팀은 이토카와 소행성의 미립자 내부에서 물과 수산기를 발견했습니다.
• 물 생성량 추정: 분석 결과, 1세제곱미터의 암석에서 약 20리터의 물을 형성할 수 있는 양의 물 분자가 존재한다는 점을 밝혀냈습니다.
• 태양풍에 의한 물 생성 메커니즘: 태양풍의 수소 이온이 소행성 표면의 산소 원자와 결합하여 물 분자를 형성하는 과정을 확인했습니다.

실험적 검증

 연구팀은 규산염 광물 표면에 수소 이온을 조사하는 실험을 통해 물 분자가 생성되는 것을 직접 확인했습니다.

 이는 태양풍에 의한 물 생성 과정이 실제로 일어날 수 있음을 보여주는 중요한 증거입니다.

 

태양풍 연구의 의의

지구 물의 다양한 기원 설명

 이 연구 결과는 지구의 물이 단일 기원이 아닌 여러 기원을 가질 수 있다는 점을 시사합니다.

 태양풍에 의해 생성된 물은 기존의 소행성이나 혜성 충돌 이론과 함께, 지구 물의 다양한 기원을 설명하는 데 도움을 줍니다.

 

동위원소 비율 설명

 태양풍으로 생성된 물은 소행성이 가져온 물보다 중수소(D) 함량이 낮습니다.

 이는 지구 해양의 현재 D/H(중수소/수소) 비율을 설명하는 데 중요한 단서가 됩니다.

 지구 물의 동위원소 조성은 오랫동안 과학자들을 puzzled하게 만들었는데, 이 연구 결과가 그 퍼즐을 푸는 데 기여할 수 있습니다.

 

우주 탐사에 대한 함의

 이 발견은 달이나 다른 천체의 표면 먼지에서 물을 얻을 수 있는 가능성을 시사합니다.

 이는 미래 우주 탐사 미션에서 물 자원 확보에 대한 새로운 가능성을 열어줍니다.

 

향후 연구 방향

 이 연구 결과는 지구 물의 기원에 대한 새로운 통찰을 제공하지만, 여전히 많은 질문들이 남아있습니다.

 향후 연구에서는 다음과 같은 주제들을 더 깊이 탐구할 필요가 있습니다.

• 태양풍에 의한 물 생성 과정의 효율성 평가
• 다른 소행성이나 천체에서의 유사한 과정 확인
• 지구 초기 형성 과정에서 태양풍의 영향 모델링
• 다른 행성계에서의 유사한 과정 가능성 연구

 ※ 주요 논문 

▶ The Formation of Monosubstituted Cyclopropenylidene Derivatives in the Interstellar Medium via Neutral–Neutral Reaction Pathways

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac8f4a

The Formation of Monosubstituted Cyclopropenylidene Derivatives in the Interstellar Medium via Neutral–Neutral Reaction Pathwa

▶ Daly, L. et al. "Solar wind contributions to Earth's oceans." Nature Astronomy (2021). DOI: 10.1038/s41550-021-01487-w(https://www.nature.com/articles/s41550-021-01487-w)

 

결론

 태양풍이 지구 물의 일부 기원일 수 있다는 이 새로운 연구 결과는 지구과학 분야에 중요한 통찰을 제공합니다.

 이는 지구 물의 복잡한 기원을 이해하는 데 새로운 단서를 제공하며, 우리 행성의 형성과 진화에 대한 이해를 넓히는 데 기여합니다.

 또한, 이 연구는 미래 우주 탐사에서 물 자원 확보에 대한 새로운 가능성을 제시함으로써 실용적인 의미도 갖습니다.

 

 지구과학 연구자들에게 이 연구 결과는 여러 가지 흥미로운 질문을 제기합니다.

 예를 들어, 태양풍에 의한 물 생성 과정이 지구 외의 다른 천체에서도 일어나고 있는지, 그리고 이 과정이 우주의 다른 행성계에서도 보편적으로 일어나는 현상인지 등을 탐구할 수 있을 것입니다.

 

 또한, 이 연구는 지구 물의 동위원소 조성을 설명하는 데 새로운 관점을 제공합니다.

 기존의 혜성이나 소행성 충돌 이론만으로는 설명하기 어려웠던 지구 해양의 D/H 비율을 태양풍에 의해 생성된 물과 다른 기원의 물이 혼합되었다는 가설로 설명할 수 있게 되었습니다.

 

 이 연구 결과는 또한 우주 탐사 분야에도 중요한 함의를 갖습니다.

 달이나 화성과 같은 다른 천체의 표면 먼지에서 물을 얻을 수 있다는 가능성은 미래 우주 탐사 미션의 계획과 실행에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

 특히 장기 우주 탐사나 우주 거주지 건설을 위한 물 자원 확보 전략에 새로운 아이디어를 제공할 수 있습니다.

 

 마지막으로, 이 연구는 지구과학 분야에서 첨단 기술의 중요성을 다시 한번 강조합니다.

 원자 탐침 단층촬영(atom probe tomography)과 같은 고급 분석 기술을 사용하여 나노미터 크기의 입자를 분석함으로써 이전에는 불가능했던 수준의 세부적인 관찰이 가능해졌습니다.

 이는 앞으로 지구과학 연구에서 더욱 정밀하고 혁신적인 방법론이 필요할 것임을 시사합니다.

 

 이 연구 결과는 지구 물의 기원에 대한 우리의 이해를 크게 향상시켰지만, 동시에 많은 새로운 질문들을 제기합니다.

 앞으로 이 분야의 연구자들은 이러한 질문들에 답하기 위해 더 많은 연구를 수행할 것이며, 이를 통해 우리는 지구와 우주에 대한 더 깊은 이해를 얻게 될 것입니다.

지구 70% 덮은 대양 형성에 태양풍도 한몫 | 연합뉴스