[하정열의 시·그림과 함께 떠나는 우주여행](34) 가니메데(ganymede)

인터뷰365 하정열 칼럼니스트 = 이제 칼리스토를 떠나 목성의 가장 큰 위성인 가니메데에 착륙하여 얼름궁전을 관람할 것이다. 가니메데는 목성의 세 번째 위성으로 1610년 갈릴레이가 발견한 4개 위성 중의 하나이다. 태양계 위성 중 가장 크며, 반지름은 2,631㎞로 행성인 수성보다 크다. 지구의 달과 비교하면 지름은 51% 더 크며, 질량은 2.02배이다. 가니메데는 행성들을 모두 포함해도 태양계에서 9번째로 크다.

가니메데의 궤도 반지름은 목성 반지름의 14.99배로 7,15일마다 목성의 주위를 공전한다. 평균밀도는 1.9g/cm³로 작아서 구성물질 중 얼음 성분이 반 이상을 차지하는 것으로 추정된다. 표면은 크레이터가 많은 오래된 지형과, 크레이터가 적고 균열이 많은 밝은 새 지형으로 나누어진다.

그리스 신화에서 신들에게 술을 따르는 트로이 왕자의 이름을 따 가니메데라는 이름이 붙은 이 위성은 자장을 갖고 있는 유일한 위성이기도 하다. 자장 덕분에 가니메데 남극과 북극 주변에서는 오로라도 관측된다. 

가니메데는 아마도 목성이 형성된 이후 목성 주변의 가스와 먼지 덩어리가 뭉쳐서 형성된 것으로 추정된다. 가니메데는 규산염 암석과 얼음이 거의 같은 비율로 이루어져 있다. 구조는 잘 분화되어, 중심의 철이 풍부한 액체 상태의 핵, 얼음과 지하 바다가 번갈아가며 여러 층을 이루고 있을 것으로 추정된다. 가니메데는 구조가 완전히 차별화된 것으로 보인다. 황화철로 이루어진 핵과 규산으로 이루어져 있는 맨틀로 이루어져 있다. 가니메데 내부에 있는 이 층의 자세한 길이는 규산염의 비율 가정과 핵에 있는 황산의 양에 따라 달라진다.

가니메데는 태양계에서 자체 자기장이 있는 유일한 위성으로, 액체 핵의 대류 현상으로 발생하는 것으로 추정하고 있다. 약한 자기장은 목성의 커다란 자기장에 묻혀 장선의 요동으로 표시된다. 또한, 미량의 수소가 대기에 존재하며, 아주 옅은 산소 대기층이 있다. 이 안에는 O(산소 원자), O2(산소 분자), O3 (오존)이 있을 것으로 추정된다.

가니메데에는 여러 층의 얼음과 암석 맨틀에 인접해 있는 여러 층의 바다로 이루어져 있다고 밝혔다. 가니메데에는 지구 대양의 물을 전부 합친 것보다 많은 물이 저장돼 있다. 가니메데는 지구보다 2.4배 작지만 물은 더 많을 것으로 예상되고 있다. 가니메데의 물과 얼음은 생명체의 기원에 중요한 요인이 될 수도 있어, 앞으로 활발한 연구가 필요하다.

파이어니어 10호 이래로 많은 탐사선들이 가니메데를 세밀하게 관찰하였다. 보이저 1호와 2호는 행성의 크기를 새로 측정했고, 갈릴레오 호는 자기장과 지하 바다를 발견하였다. 그외에도 유럽우주국의 목성 얼음위성탐사선(JUICE) 등 많은 목성 탐사선이 가니메데를 함께 탐사하였다. 인류가 달과 화성에 우주도시를 건설한 후, 목성의 위성인 칼리스토와 가니메데에도 지하도시를 건설할 수 있었다.

가니메데의 표면은 크게 두 부분으로 나뉜다. 어두운 부분은 40억 년 전에 생긴 충돌구와 함께 위성 표면의 삼분의 일 가량을 덮고 있다. 그보다 덜 오래된 듯한, 광범위한 균열과 능선이 가로지르고 있는 밝은 부분이 나머지를 덮고 있다. 충돌구의 지형은 크게 두 가지로 분류할 수 있는데, 어두운 지역에서 특히 많이 보인다. 충돌구가 표면에 포화상태가 될 것으로 보일 정도다. 밝은 부분은, 충돌구가 별로 보이지 않고, 충돌구가 진화에 중요한 역할을 하지 않은 것으로 보인다. 충돌구의 밀도로 나이를 추산한 결과 어두운 곳의 충돌구의 나이는 40억 년 되었다. 이는 달의 고지와 비슷한 나이이고, 홈이 파인 지형은 조금 젊다. 하지만 얼마나 젊은지는 불확실하다. 시뮬레이션 결과 가니메데는 35~40억 년 전에 '운석 폭풍'을 맞은 것으로 보이고, 이는 달의 시기와 일치한다.

가니메데는 천천히 냉각하고 있다. 핵에서 열이 방출되면서 지하에 규산염 맨틀 형태의 바다가 존재하며, 철과 황화 철로 구성된 핵의 느린 냉각은 대류 운동을 일으키면서 자기장을 형성한다. 오늘날 가니메데의 방출 열 유속은 칼리스토가 방출하는 것보다 더 높다. 가니메데는 매우 추운 곳으로, 가니메데 표면 온도는 일교차가 극심하다. 밤에는 영하 184도까지 떨어지지만 정오 무렵에는 얼음표면에 기화를 일으키기에 충분할 정도로 더워진다. 가니메데의 얼음층이 바위처럼 단단함에도 불구하고 강렬한 태양빛이 이 얼음 지층을 도려내 기화시키기에 충분할 만큼 도달한다.

가니메데스 신화는 고대부터 많은 예술가들이 즐겨 다루는 소재가 되었다. 미술에서는 미켈란젤로, 루벤스, 렘브란트 등 수많은 대가들이 이 소재를 다루었고, 문학에서는 괴테의 휠더린의 시를 꼽을 수 있다. 슈베르트는 괴테의 시에 곡을 붙여 가곡 ‘가니메드’를 작곡하였다. 우리는 가곡 ‘가니메드’를 들으며, 가니메데의 바위처럼 단단한 얼음층 지하에 건설된 얼음도시와 얼음궁전을 둘러볼 것이다.

꿈을 꾸는 자는 언젠가 이를 이룬다지

인류는 보금자리를 떠나 우주여행을 하며
태양계의 행성과 위성에 
지구에서의 팍팍한 삶을 개선할 수 있는 
인공도시를 만들고자 노력했지

달에 인공도시를 처음으로 완성한 후 
불의 행성인 화성의 테라포밍을 거쳐 
드디어 목성의 위성인 가니메데에 
얼름궁전을 만들 수 있었다네

인류의 우주를 향한 발걸음은 
얼음도시 건설과 함께 더욱 더 빨라지고
우주탐사의 목표도 태양계를 벗어나 
우리은하의 다른 별들로 이어지고 있다네

신들에게 술따르는 역할을 벗어던지고
이제는 우리은하 여행의 중간기착지로서
인류의 또 다른 삶의 현장으로서 
소중한 기여를 다하는 얼름궁전 가니메데여!