블로그

Jun 20, 2023

토성계에는 피비를 제외하면 지구와 마찬가지로 물이 있습니다.

11월 28일 Icarus 저널에 게재된 논문에서,

11월 28일 Icarus 저널에 게재된 논문에서 행성 과학 연구소, 애리조나 대학, NASA Ames 연구 센터 및 미국 지질 조사의 연구원들은 토성 시스템의 동위원소 비율 측정값을 보고합니다. 동위원소는 양성자와 전자의 수는 같지만 중성자의 수는 다른 단일 원소의 원자입니다. 특정 동위원소의 풍부함을 연구하는 것은 천문학자들이 물체의 역사를 종합하는 데 도움이 됩니다. 일부 동위원소는 특히 행성을 형성하는 태양 성운의 특정 영역에서 다소 흔했습니다. 다른 것들은 가열이나 증발과 같은 과정 후에 붙어 있거나 나타날 가능성이 더 높습니다. 이 연구자들은 카시니의 토성계에 대한 분광학 관측을 바탕으로 토성의 고리와 위성에 있는 물이 놀랍게도 지구의 물과 비슷하다는 사실을 발견했습니다. 이는 서로 다른 위치에 있다는 점을 고려하면 예상치 못한 결과입니다. 더 이상한 점은 토성의 위성 피비(그리고 피비만)에 있는 물은 토성계의 나머지 물과 다르기 때문에 고리 행성 주변이 아닌 태양 성운에서 훨씬 더 멀리 떨어져 형성되었음을 시사합니다.

이러한 발견을 위해 팀은 Cassini의 VIMS(Visual and Infrared Mapping Spectrometer)로 얻은 판독값에서 동위원소 존재비를 측정하는 새로운 방법을 개발했습니다. 특히 그들은 토성계의 물 속 중수소와 수소의 비율(D/H)을 연구했습니다. 중수소는 핵에 양성자 1개와 중성자 1개가 있는 수소 동위원소입니다. 수소 대신 중수소를 함유한 물인 D2O는 여분의 중성자로부터 질량이 추가되기 때문에 일반적으로 중수라고 알려져 있습니다.

VIMS가 촬영한 각 스펙트럼은 토성의 표면, 고리 또는 달에서 반사된 빛을 구성 부분으로 나누어 그 안에 포함된 원소의 지문을 식별합니다. 실험실 스펙트럼과 VIMS 결과의 비교를 바탕으로 팀은 행성 고리와 달(피비 제외)의 물을 포함하여 토성계의 물 대부분이 육지 물과 유사한 D/H 비율을 가지고 있음을 발견했습니다. 그러나 태양계 형성에 대한 우리의 현재 모델은 태양계에서 멀리 있는 D/H 비율이 태양계에서 가까운 것보다 높아야 한다고 명시합니다. 지구가 태양 가까이에 형성되고 토성은 태양으로부터 멀리 형성되었다면, 두 곳의 물은 왜 그렇게 비슷한가요?

팀에 따르면, 유사점은 태양계 내부와 외부가 형성되는 동안 동일한 유형의 물이 발견되었을 수 있음을 나타내며, 이를 위해서는 현재 모델을 변경해야 합니다. "토성의 고리와 위성의 지구와 같은 D/H는 내부 태양계와 외부 태양계의 유사한 수원을 나타낼 수 있거나 적어도 D/H가 내부 태양계에서 외부 태양계로 덜 변하는 모델의 변화를 나타낼 수 있습니다. 지구에서 토성까지 2배 정도의 거리”라고 이 논문은 말합니다.

피비의 D/H 비율은 "지금까지 태양계에서 측정된 가장 높은 값으로, 이는 토성보다 훨씬 먼 차가운 외부 태양계에 기원이 있음을 암시합니다"라고 해당 논문의 첫 번째 저자인 행성 과학 연구소의 Roger Clark은 말했습니다. 보도 자료. 즉, 피비는 태양에서 훨씬 더 멀리 떨어진 다른 곳에서 형성되었으며 나중에 중력 포획을 통해 토성계의 일부가 되었을 가능성이 높습니다.

피비가 그렇게 높은 D/H 비율을 가질 수 있는 유일한 다른 방법은 공정이 시간이 지남에 따라 현재의 중수소 공급을 향상시키는 것이라고 말합니다. 그러나 이러한 과정은 "피비가 주로 암석과 유기물로 구성된 물체와 유사한 현재의 특성을 갖도록 요구하는데, 이는 우리가 관찰하는 것과는 다르다"고 논문은 말합니다.

너무 많은 중수소가 피비를 이상하게 만드는 유일한 것은 아닙니다. D/H 비율을 측정하는 것 외에도 연구원들은 포에베와 이아페투스의 이산화탄소에서 탄소-13(13C)과 탄소-12(12C)의 다른 동위원소 비율도 측정할 수 있었습니다. 측정하기에 충분한 이산화탄소가 있는 두 세계). Iapetus의 13C/12C 비율은 지구와 거의 일치하지만 Phoebe의 비율도 왜곡되어 "정상" 12C보다 5배 더 많은 13C를 나타냅니다. 이 이상한 점 역시 태양계에서 더 멀리 떨어져 있는 작은 달의 기원을 가리키며, 두 달의 이산화탄소를 담당하는 서로 다른 과정이 있습니다. 또한, 비록 피베에서 나온 먼지가 이아페투스의 앞부분을 덮는 것으로 알려져 있지만, "피베에서 분출될 때 피베 먼지에 CO2가 있었다면, 피베에서 이아페토스로 가는 도중에 분명히 손실된다"는 사실도 주목할 만합니다. 종이 상태.