목성 등과 같은 가스 행성서 "헬륨 비 가능" 실험으로 입증

목성 등과 같은 가스 행성서 "헬륨 비 가능" 실험으로 입증
첫 가설 제기이후 40여년 만…태양계 형성 이해에도 도움



(서울=연합뉴스) 엄남석 기자 = 목성이나 토성처럼 수소와 헬륨이 주요 성분인 가스 행성에서는 헬륨 비가 내리는 것으로 예측돼 왔다. 대기에 있는 헬륨이 응축돼 방울이 돼 떨어진다는 것인데, 1977년에 처음 가설이 제기되고 40년 넘게 흘렀지만 아직 실험을 통해 입증되지는 못했다.
가스 행성 내부와 비슷한 실험 조건을 만들기 어려웠기 때문인데, 국제 연구팀이 가스 행성 내부에서 예상되는 압력과 온도 조건에서 헬륨 비가 가능하다는 점을 보여주는 실험적 증거를 과학 저널 네이처(Nature)를 통해 발표했다.
미국 로렌스 리버모어 국립연구소(LLNL)와 과학 전문 매체 등에 따르면 연구팀은 고압 '다이아몬드 모루 세포'(diamond-anvil cell)를 이용해 수소와 헬륨 혼합물을 4기가파스칼(GPa)로 압축했다. 이는 지구 대기압의 4만 배에 달하는 것이다.
그런 다음 로체스터대학 '레이저에너지연구소'(LLE) 오메가 레이저의 12개 대형 빔으로 강한 충격파를 가해 최종 압력을 60~180 GPa로 끌어올리고 수천 도로 가열했다.
그 결과, 일정한 범위의 압력과 온도에서 수소와 헬륨 혼합물이 서로 분리되면서 가스 행성에서 헬륨이 수소에서 분리돼 비처럼 내릴 수 있다는 점을 실험적 증거로 제시했다.
연구팀은 "압축과 레이저 충격을 결합해 목성과 토성 내부에 필적하는 조건에 도달할 수 있었지만 매우 어려운 과정이었다"고 설명했다.
논문 공동 저자인 LLNL의 물리학자 마리우스 밀롯 박사는 "이번 실험은 수소와 헬륨 혼합물이 불안정해져 서로 분리되는 온도와 압력이 존재한다는 점을 보여줌으로써 오랫동안 예측돼 온 것을 실험으로 증명했다"고 평가했다.
그는 "우리는 헬륨 비가 진짜 존재하며, 목성과 토성에서도 내릴 수 있다는 것을 발견했다"고 강조하면서 "이는 행성 과학자들이 가스 행성의 형성과 진화 방식을 파악하는 데 중요하며, 더 나아가 태양계 형성을 이해하는데도 결정적인 부분"이라고 지적했다.
이와 관련, 버클리 캘리포니아대학의 레이몬드 진로즈 교수는 "목성은 지구가 형성된 태양계 내행성 지역을 방어하는 데 도움을 줘온 것으로 여겨지고 있어 특히 흥미롭다"면서 "우리가 존재하고 있는 것도 목성 덕분"이라고 덧붙였다.
eomns@yna.co.kr
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