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태양계 얼음 위성 중에는 ‘얼음 화산’을 가진 곳이 있다. 얼음 화산은 지각 내부의 물이 끓으면서 얼음을 뚫고 나와 분출되는 지형이다. 극저온에다 진공에 가까운 압력 환경에서, 물의 끓는점이 극도로 낮아지며 일어나는 현상이다. 최근 체코 과학아카데미와 영국 셰필드대 등 국제 공동연구팀은 얼음 위성에서 발생하는 얼음 화산을 실험실에서 구현하는 데 성공했다고 밝혔다.
연구팀은 진공 챔버를 만들어 목성의 유로파(사진) 등 얼음 위성의 표면 환경을 모사했다. 유로파 표면은 압력이 거의 없는 진공 상태이며 평균 영하 160℃에 가까운 극저온이다. 연구팀은 챔버 안에 물을 넣고 극저압 환경에서 물의 행동을 관찰했다.
그 결과, 물은 끓음과 동시에 급속도로 냉각됐다. 수면에는 얇은 얼음층이 만들어졌다. 얼음층 아래에서는 계속해서 물이 끓었고, 증발하면서 생긴 기포가 얼음을 아래에서 거듭 밀어 올렸다. 기포의 압력은 이내 얇은 얼음층을 파괴했고, 표면으로 올라온 물은 다시 증발하고 얼기를 반복했다.
기존에는 얼음이 점점 두꺼워져 얼음 화산의 활동이 점차 안정될 것으로 예측됐다. 그러나 실험으로 만들어진 얼음은 균일하지 않고 강도가 약했다. 약한 얼음층이 내부 기포에 의해 끊임없이 무너지고 다시 형성되면서 얼음 ‘활화산’이 만들어졌다.
이번 연구는 태양계 얼음 위성이 만들어진 과정을 풀 실마리가 될 것으로 보인다. 프랜시스 부처 셰필드대 연구원은 보도자료를 통해 “우주 환경에서 물의 움직임은 우리 생각보다 훨씬 복잡하다”고 말했다. 이 연구는 국제학술지 ‘어스 앤드 플래너터리 사이언스 레터스’ 7월 23일자에 온라인 게재됐다. doi: 10.1016/j.epsl.2025.119531
