☄️ 목성의 심장부가 녹고 있다?! 거대 행성 내부의 놀라운 진실
목성은 지금까지 ‘가스층 + 단단한 암석 핵’으로 구성된, 마치 양파 껍질처럼 층이 구분된 구조로 여겨져 왔습니다. 하지만 최신 시뮬레이션 연구 결과, 목성의 암석 핵이 서서히 녹아가며 내부와 뒤섞이고 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 목성과 비슷한 외계 가스 행성(가스 자이언트)들의 내부가 우리가 생각했던 것보다 훨씬 ‘엉망진창’일 수 있음을 시사합니다.
🔥 목성 내부는 지금 ‘핫멜트’ 중?!
UC버클리의 행성과학자 휴 윌슨(Hugh Wilson)과 버커드 밀리처(Burkhard Militzer) 연구팀은 목성 내부 환경을 컴퓨터 시뮬레이션으로 재현했습니다. 온도는 무려 섭씨 7,000도 이상, 압력은 지구 해수면 대기의 4천만 배에 달하는 극한 환경이었습니다.
그 결과, 목성 핵에 있을 것으로 예상되는 주요 성분 중 하나인 산화마그네슘(MgO)이 이런 조건에서 액화되기 시작한다는 사실이 밝혀졌습니다. 액화된 물질은 목성 내부의 상부 유동층으로 천천히 퍼져나가, 핵과 외부 사이의 경계가 무너지며 재료들이 섞이게 됩니다.
💫 기존 행성 모델의 한계
기존의 행성 형성 이론은 가스 자이언트의 내부가 깔끔한 층으로 구분되어 있다는 가정을 따랐습니다. 이게 계산하기도 쉽고 설명도 간단했기 때문이죠. 하지만 관측과 연구가 거듭되면서, 목성의 내부는 명확한 경계 없이 무겁고 가벼운 원소들이 혼합된 상태일 가능성이 커졌습니다.
특히, 목성과 비슷한 외계행성인 CoRoT-20b의 발견은 기존 모델을 흔들었습니다. 크기는 목성과 비슷한데 질량은 4~5배에 달해 기존의 층 구조로는 설명이 어려웠습니다. 기존 모델로는 이 행성의 핵이 전체 질량의 절반 이상이어야만 했지만, 이는 현실적으로 너무 비현실적이었죠.
윌슨 박사는 “혼합 내부 모델로 설명하면 CoRoT-20b의 비정상적으로 높은 밀도를 훨씬 쉽게 이해할 수 있다”고 강조했습니다. 즉, 핵이 점점 녹아 행성 전체로 무거운 원소들이 고루 퍼졌다는 설명이 훨씬 자연스럽다는 것입니다.
🌊 섞임을 방해하는 ‘이중 확산 대류’
그런데 혼합이 마냥 잘 일어나지는 않습니다. 지구 바닷속에서도 염분 농도가 높은 물이 아래쪽에 모이면, 밀도 차이로 인해 쉽게 섞이지 못하는 ‘이중 확산 대류(double diffusive convection)’ 현상이 나타납니다. 목성 내부에서도 비슷하게, 핵에서 녹은 무거운 원소들이 충분한 에너지를 얻지 못하면 상부까지 도달하지 못하고 다시 아래로 가라앉을 수 있다는 것입니다.
이 현상이 실제 목성 내부에서 얼마나 강하게 작용하는지는 아직 미지수입니다. 연구팀은 “가장 중요한 다음 질문은 바로 ‘이 혼합 과정이 얼마나 효율적인가?’이다”라고 밝혔습니다.
🚀 관측으로 답을 찾을 수 있을까?
연구진은 NASA의 목성 탐사선 주노(Juno)가 목성 대기와 중력장을 면밀히 측정하면서, 내부 혼합과 핵 침식의 흔적을 찾을 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 만약 목성 내부에 무거운 원소가 상부까지 퍼져 있다면, 주노의 데이터에 그 신호가 분명히 남아 있을 것이기 때문입니다.
🌌 목성은 외계행성 연구의 열쇠
이 연구는 목성뿐만 아니라 외계의 수많은 가스 자이언트 행성의 내부를 이해하는 데도 중요한 실마리를 제공합니다. 별이 되는 것도 쉽지 않지만, 행성이 되는 것도 결코 단순하지 않다는 걸 다시금 깨닫게 해주네요.
🔗 출처
Wilson, H. F., & Militzer, B. (2012). Rocky Core Solubility in Jupiter and Giant Exoplanets. Physical Review Letters, 108(11), 111101.
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