[과학] 물컵 속의 물이 태양보다 나이가 더 많을지도 모른다

지구는 오래되었다. 태양도 오래되었다. 그런데 이 둘보다 더 오래된 것이 있을지도 모른다는 사실을 아시는지? 바로 물이다.

우리가 사는 이 세계가 어떻게 이토록 물이 넘쳐나게 되었는지는 아직 수수께끼다. 하지만 한 유력한 학설에 따르면 우리의 행성을 덮은 물은 태양이 본격적으로 불타오르기 전, 그러니까 46억년도 더 전에 우주 구름 속을 부유하던 얼음 알갱이에서 왔다고 한다.

천체물리학자들의 계산을 믿는다면, 지구의 물 중에서 못해도 반 정도는 성간 가스에서 왔다. 이 말인즉슨 우리가 매일 마시는 바로 그 액체, 지구의 바다를 가득 채우는 바로 저 액체가 우리 태양계 자체보다 몇 억년은 더 먼저 만들어졌을지도 모른다는 뜻이다.

그렇게 생각해 보면 까마득한 고대의 얼음이 태양계가 형성되던 당시의 혼돈에서 살아남아 지구까지 도달했다는 의미가 된다. 과학자들은 이 이론을 입증하기 위해 바닷물 분자를 분석, 아득한 과거를 나타낼 지표를 찾아보았다.

이 수수께끼를 해결할 실마리는 일명 “중수”라는 개념이다. 알다시피 물 분자는 수소 원자 두 개와 산소 원자 한 개로 구성되어 있다. 하지만 중수 분자는 듀테룸, 즉 수소와 쌍둥이지만 보다 묵직한 “중수소”로 구성된다. (중수소의 핵에는 중성자가 한 개 있는 반면, 일반 수소에는 중성자가 없다.)

태양과 행성들이 한창 형성될 때 성간운 속 아득한 고대의 물이 태양계를 흠뻑 적셔주는 모습을 보여주는 그림

Image by Bill Saxton, via, National Science Foundation, Associated Universities, Inc, National Radio Astronomy Observatory

중수소가 풍부한 물은 다른 행성과 위성에서 발견되고 우리가 사는 지구에서도 발견되지만, 과학자들은 대체 이 중수가 어디에서 왔는지는 명확하게 밝히지 못했다. 다만 중수가 성간 구름에서 형성되어 태양계를 가로질러 날아왔으리라고 짐작하고 있다. 

2014년 발표된 어느 논문에서는 컴퓨터 모델을 활용하여 형성된 지 수십억 년이나 된 얼음 분자들이 태양의 무시무시한 방사선 폭풍을 뚫고 살아남아 한창 만들어지는 중이던 지구와 사촌 행성들에 안착하여 표면을 물로 덮게 되는 과정을 보여주고 있다.

논문을 발표한 과학자들은 이 고대 얼음의 잔재가 태양계 전체에 흩어져 있다고 결론을 내렸다. 즉 우리의 달에, 여러 혜성에, 수성의 극지대에, 화성의 녹아내린 지형 잔해에, 목성의 위성 유로파에, 심지어는 당신이 마시는 물병 속에 말이다. 물잔을 높이 들어 건배할 만한 일이다.