교과서는 종종 우리를 배신한다. 1990년대 이후 공룡이 느리고 둔한 파충류에서 깃털 달린 온혈 포식자로 바뀐 것처럼, 태양계 외곽의 얼어붙은 위성들에 대한 이해도 지난 수십 년간 조용히 뒤집혔다. 한때 이들은 '우주판 남극' 정도로, 극소수 천문 애호가만 관심을 두던 죽은 얼음덩어리였다. 그러나 지금은 태양계에서 생명을 품을 가능성이 가장 높은 후보지로 격상됐다. 심지어 2006년 행성 지위를 박탈당한 명왕성조차 지하 바다 후보로 재조명되면서, 카이퍼 벨트에 숨은 수천 개의 유사 천체들도 저마다 바다를 감추고 있을지 모른다는 추측을 낳고 있다.
이 대전환을 이끈 것은 놀랍게도 단 세 번의 탐사선 임무였다. 보이저, 갈릴레오, 카시니가 현장 데이터를 가져왔고, 여기에 허블·웹 우주망원경의 관측과 컴퓨터 모델링이 결합됐다. 현재까지 액체 상태의 지하 바다가 확인된 위성은 여섯 곳으로, 유로파·가니메데·칼리스토(목성)와 엔셀라두스·타이탄·미마스(토성)다. 디오네, 명왕성, 미란다, 아리엘, 트리톤, 오베론 등은 대기 명단에 올라 있다.
증거는 어떻게 확보되는가
주목할 점은 이 '바다'가 대부분 직접 본 것이 아니라 간접 추론의 산물이라는 사실이다. 유로파는 1979년 보이저가 이웃 위성 이오의 활화산을 발견하며 조석 가열 가설이 극적으로 확인된 뒤 유력 후보가 됐지만, 바다의 존재가 확정된 것은 2000년 자기장 측정 증거가 결정적이 되면서였다. 칼리스토 역시 1998년 갈릴레오의 자기 측정으로 최초의 바다 후보가 됐고, 가니메데는 2011년 허블이 포착한 오로라의 미세한 흔들림으로 전지구적 바다의 존재가 드러났다. 눈에 보이는 물이 아니라 자기장, 오로라, 궤도 섭동 같은 2차 신호를 읽어내는 방식이다.
예외는 엔셀라두스다. 오하이오주만 한 이 작은 위성은 남반구 '호랑이 줄무늬'에서 바닷물 기둥을 우주로 뿜어내고, 2008년 카시니가 이 기둥을 직접 통과하며 성분을 분석했다. 그 결과 소금물, 지구 생명에 필요한 여섯 원소 전부, 인산염, 미확인 유기물, 탄화수소, 그리고 소량의 시안화물이 검출됐다. 해저 암석에서 기원한 실리카 먼지와 분자 수소도 확인돼, 생명 화학의 무대가 되는 물-암석 경계가 처음으로 직접 포착됐다. 지금까지 인류가 성분을 직접 채취한 유일한 외계 바다다.
같은 '바다'라도 조건은 다르다
실무적으로 중요한 것은 여섯 곳이 결코 동질적이지 않다는 점이다. 가니메데·칼리스토·타이탄은 바다가 너무 깊어 바닥에 고압 얼음층이 형성된다. 이 얼음은 지구 바다가 약 50km 더 깊어야 생길 정도의 압력에서 만들어지며, 바다와 암반을 격리해 유용한 염류와 광물이 물에 녹아들지 못하게 막는다. 생명 관점에서는 불리한 구조다. 반면 유로파·엔셀라두스·미마스는 얇은 얼음 껍질 아래 물이 암석 맨틀과 직접 맞닿아 있어, 지구에서 생명 화학을 구동하는 물-암석 반응이 일어날 여지가 크다. 껍질이 얇다는 것은 언젠가 100마일 두께의 원시 얼음을 뚫는 로봇을 만들지 않고도 시료를 채취할 수 있다는 뜻이기도 하다.
타이탄은 이 목록에서 가장 이질적이다. 지구보다 방사선 차폐가 뛰어난 질소 대기와 0.14g의 저중력 덕에 우주비행사가 활동하기에 오히려 우호적이며, 표면에는 에탄 같은 액체 탄화수소로 된 강과 호수, 비가 존재한다. 지하에는 별도의 소금 바다가 있어 두 가지 서로 다른 생명 가능성을 동시에 제공한다. 다만 2025년 현재 이것이 전지구적 바다인지 얼음과 융해수의 슬러시에 가까운지를 두고 논쟁이 이어진다. 죽음의 별을 닮은 미마스는 표면이 너무 거칠어 오랫동안 배제됐다가, 2024년경 최근 수백만 년 사이 형성된 바다라는 해석으로 정리됐다.
결론보다 데이터가 부족하다는 사실
가장 냉정하게 새겨야 할 대목은 이 모든 단면도가 잠정적이라는 저자의 강조다. 내부 구조 모델은 궤도 섭동과 비교적 원시적인 계산에 기반하며, 특히 원격 탐사로 파악하기 어려운 바닷물의 화학 조성에 극도로 민감하다. 현실적인 염분 값을 넣으면 가니메데는 고압 얼음과 염수층이 번갈아 쌓인 '클럽 샌드위치' 구조가 나오기도 하는데, 이것이 실제로 안정적이고 거주 가능한지는 지진계를 착륙시키기 전까지 답할 수 없다. 결론이 화려할수록 그것을 떠받치는 관측이 얼마나 얇은지 함께 보아야 하는 셈이다.
그럼에도 후속 임무의 계획은 균형이 맞지 않는다. 유로파 클리퍼는 2031년, 타이탄의 드래곤플라이는 2034년 도착 예정이지만, 가장 유망한 후보인 엔셀라두스를 향한 임무는 아직 파이프라인에 없다. 저자에 따르면 그 비용은 2027년 아르테미스 III가 지구 저궤도를 도는 데 드는 50억 달러보다도 적다. 천왕성의 위성 아리엘처럼 1986년 보이저 2호의 단 한 번 근접 통과로 엔셀라두스급 활동 흔적을 보인 곳도 있지만, 이후 방문이 없어 데이터가 턱없이 부족하다. 태양계에서 가장 매력적인 '얼음 낚시터'를 찾아낸 것과 실제로 그곳에 낚싯대를 드리우는 것은 아직 전혀 다른 문제로 남아 있다.