화성과 목성 사이 소행성 벨트에 있는 가장 큰 천체이자 유일한 왜행성인 '세레스'가 지표면 아래 깊은 곳에 대양을 가진 '오션 월드'이며, 최근까지도 지질학적으로 활발하고 지금도 진행 중일 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 태양계 내에서는 목성의 위성 '유로파'나 토성의 '엔켈라두스', 해왕성의 '트리톤' 등 행성과 중력작용을 해 내부에 열을 가진 위성들만 얼음층 밑에 바다가 존재하는 것으로 알려져 있었다.
이번 연구 결과는 미국 항공우주국(NASA) 소행성 탐사선 '돈'(Dawn)이 2018년 10월 세레스 상공 35㎞까지 근접해 관측한 자료를 토대로 한 것으로, '네이처 천문학'과 '네이처 지구과학', '네이처 커뮤니케이션스' 등 네이처 자매지에 총 7편의 논문으로 발표됐다.
네이처와 NASA 제트추진연구소(JPL) 등에 따르면 돈 탐사선은 당시 설계수명을 넘겨 2차로 연장한 임무를 수행 중이었으며, 하이드라진 연료 고갈에 따른 임무 종료를 앞두고 '오카토르(Occator) 크레이터'에 초점을 맞춰 고해상도 이미지 촬영과 가시광 및 적외선 분광 측정, 중력자료 수집 등을 진행했다. 오카토르 크레이터는 약 2천만년 전에 형성된 충돌구로, 약 92㎞에 걸쳐 펼쳐진 충돌구 한가운데서 탄산나트륨으로 된 밝은 부위가 확인돼 주목받던 곳이다.
이 탄산나트륨은 지하에서 짠물이 스며 나온 수분이 증발하고 소금만 남게 된 것으로 추정은 됐지만, 정확히 어디서 흘러나온 것인지 명확하지 않았다.
돈 탐사임무 연구 책임자인 캘리포니아공대 지질학자 캐럴 레이먼드 박사가 이끄는 연구팀은 돈이 마지막에 전송한 고해상도 이미지와 중력 자료 등을 토대로 오카토르 크레이터 아래에 충돌 충격의 열로 만들어진 광대한 짠물 저수지가 존재한다는 연구 결과를 제시했다. 이 짠물 저수지는 약 40㎞ 깊이에 수백 킬로미터에 걸쳐 펼쳐져 있는 것으로 나타났다.
또다른 연구팀은 분광기를 통해 오카토르 크레이터 중앙의 밝은 부분인 '세레알리아 백반'(Cerealia Facula)에서 '하이드로할라이트'(hydrohalite·NaCl·2H₂O)의 존재를 확인했다.
하이드로할라이트는 저온에서 포화된 암염 소금물에서 형성되는데, 바닷물이 얼 때 일반적으로 나타난다. 하이드로할라이트가 지구밖에서 확인된 것은 세레스가 처음이다.
연구팀은 하이드로할라이트의 수분이 매우 빠르게 증발하는 점을 고려할 때 세레알리아 백반의 주성분인 탄산나트륨 위에서 하이드로할라이트가 발견됐다는 것은 세레스 내부에 아직도 짠물이 존재하고, 여전히 지표면으로 흘러나오고 있다는 점을 시사하는 것이라고 밝혔다.
과학자들은 약 2천만년 전 오카토르 크레이터가 형성될 때 충돌 충격으로 형성된 지표면 바로 아래 짠물들이 흘러나와 세레알리아 백반의 소금 대부분을 만들었으며, 이후 수백만년이 흘러 충돌 충격에 따른 열이 식은 뒤에는 충돌 때 생긴 틈을 타고 더 깊은 곳의 짠물이 스며나오는 것으로 분석했다.
이번 연구 발표에서는 세레스의 얼음화산이 약 900만년 전부터 활동을 시작해 아주 최근까지도 지속하고 있다는 결과도 제시됐다.
네이처 지구과학에 발표된 논문에서는 오카토르 크레이터 내 구릉과 경사지가 충돌 충격으로 만들어진 물이 흐르다 얼면서 형성됐을 가능성도 제시했다.
이는 물이 얼어 형성되는 지형이 지구와 화성을 넘어 세레스에서도 만들어졌으며 최근까지도 지질학적으로 활발했다는 점을 시사하는 것이다.
이밖에 네이처 커뮤니케이션스에 발표된 논문에서는 충돌로 형성된 물과 염분이 풍부한 진흙과 같은 물질은 화성과 다른 독특한 것이며, 오카토르 크레이터 내 백반들은 서로 다른 원천을 갖고있을 수 있다는 연구 결과도 발표됐다.
지난 2007년 9월에 발사된 돈 탐사선은 2009년 2월부터 소행성 베스타 궤도를 돌며 2년 반에 걸쳐 탐사를 진행한 뒤 세레스 궤도로 옮겨 2015년 3월부터 탐사를 했다. 돈은 세레스 표면에서 유기물이 발견돼 생명체 존재 가능성을 배제할 수 없게됨에 따라 연료 고갈 뒤에도 수십년간 행성에 충돌하지 않게 궤도가 조정돼 있다.