포스핀 검출은 금성의 대기에 대한 알려지지 않은 것을 강조한다

금성의 뜨겁고 밀도 높은 산화성 구름층 내에서 일어나는 화학 반응을 이해하기 위해서는 모델링, 실험실 작업, 그리고 아마도 행성으로의 임무가 필요할 것이다.

 

카디프 대학의 제인 그리브스와 그녀의 동료들이 9월 14일 네이처 천문학에서 발표한 금성 구름에서 포스핀(PH3)과 관련된 스펙트럼 신호의 관측은 많은 관심을 불러일으켰다. 여기 지구에서 포스핀은 미생물과 관련이 있다. 대기 중에 무취 무색의 기체가 존재하는 것은 부패하는 유기물에서 인산염의 환원으로 인한 것일 수 있다. CO2와 H2가 풍부한 대기를 가진 거주 가능한 암석 행성의 대기 시뮬레이션은 PH3가 검출 가능한 농도까지 축적될 수 있음을 시사하며, 우주생물학자들은 PH3가 다른 암석 행성의 생명체에 대한 잠재적 지표로 간주한다. 금성 구름 속의 미생물 생명체는 불가능하지는 않지만, 특별한 증거가 필요할 것이다. 그러나 금성의 대기 모델은 그리브스와 그녀의 팀이 보고한 20ppb 수준의 포스핀의 존재를 뒷받침하지 않는다. 이 미스터리를 해결하기 위한 한 단계는 지구 기반 망원경을 사용하여 탐지하기 어려운 것으로 악명 높은 스펙트럼 신호를 가진 PH3의 탐지를 확인하는 것이다. 게다가, 연구원들은 우리의 이웃한 구름 담요 행성의 대기 화학을 더 잘 이해하기를 원한다.

탁월한 흡수선

 

전파와 적외선 사이의 경계를 가로지르는 밀리미터와 밀리미터 이하의 파장에서 관측하는 것은 천문학자들에게 은하, 가스 구름, 그리고 다른 목표물의 화학적 구성을 조사하기 위한 독특한 도구를 제공한다. 이러한 파장에서의 흡수선은 기체상 분자의 회전 양자 상태 사이의 전이를 나타내며, 이는 분자의 모양과 화학적 동일성에 따라 달라진다.

2017년, 그리브스는 하와이 마우나케아 천문대의 제임스 클러크 맥스웰 망원경을 통해 금성의 대기를 관찰했다. 이러한 관측을 통해 PH3와 관련된 1.12 mm 흡수선이 밝혀졌다. "지구 표면에서 포스핀을 탐지하기 위해서, 우리는 금성에서 상대적으로 강하고 스펙트럼적으로 뚜렷한 변화를 발견할 필요가 있었습니다,"라고 Nature Astronomy 논문을 공동 집필한 맨체스터 대학의 Anita Richards가 말합니다. 1.12 mm 선은 지구 대기의 스펙트럼상 유사한 분자들에 의해 가려질 가능성이 더 낮은 주파수와 높은 주파수 사이의 좋은 절충점이었다. 연구팀은 이 결과를 검증하기 위해 2019년 지구상에서 가장 건조한 곳 중 하나인 칠레 아타카마 사막의 아타카마 대형밀리미터/서브밀리미터 배열(ALMA) 전파망원경 43개를 이용해 추적 관측을 실시했다. 1.12 mm 흡수선의 예상 강도는 ALMA의 능력 범위 내에 있었다. 그러나 진짜 도전은 금성 대기의 광학적으로 두꺼운 층에 대한 단일 선을 감지하는 것에서 비롯되었다. 다른 기체들이 포스핀과 관련된 파장 근처의 파장에서 흡수할 수 있을까? 한 가지 가능성은 이산화황인데, Greaves와 그녀의 팀은 금성의 구름층에서 약한 선을 만들어낼 것으로 예상했다. SO2의 스펙트럼 신호는 상층 구름에서 측정된 것보다 훨씬 더 뜨거운 온도에서만 PH3의 스펙트럼 신호를 모방할 수 있기 때문에 오염 물질로 쉽게 배제되었다. 현재의 데이터베이스는 관찰된 특징을 설명할 수 있는 다른 화학종을 보여주지 않는다.

저자들과 외부 과학자들은 금성에 포스핀이 존재하는지 확인하기 위한 추가 연구를 요구하고 있으며, PH3가 다른 잠재적으로 관측 가능한 흡수선을 가지고 있다는 점에 주목하고 있다. 그러나 이러한 고주파 스펙트럼 특성은 지구 대기의 수증기에 의한 가려짐을 극복하기 위해 미래의 대형 공중망원경이나 우주에서 운반되는 망원경을 필요로 할 수 있다. 향후 확인을 위한 또 다른 가능성은 지상 IR 망원경을 사용하는 것인데, 이 망원경은 이전에 수소가 풍부한 목성과 토성의 대기를 감소시키는 PH3를 식별하는 데 사용되었다. 이 거대 행성들의 대기 깊숙한 곳에는, 인이 포스핀으로 존재할 수 있을 정도로 온도와 압력이 높다. 대류는 분자를 상층 대기로 이동시킨다.