새롭게 밝혀진 빙하기 원인...200만년전 태양계 밖에서 온 이것 때문이었다

지구가 200만년 전 성간 가스와 먼지의 통로로 들어간 것을 나타내는 이미지/로버트 레아 작

200만년 전, 태양계 밖의 차가운 가스 구름과 먼지가 지구의 보호막을 무력화 시킨 것이 빙하기를 촉발했다는 새로운 연구결과가 나왔다.

과학자들은 태양계가 별들 사이의 가스와 먼지로 이뤄진 짙은 구름을 통과하면서 성간 공간의 극단적인 환경을 견디기 위해 남겨졌던 지구가 약 200만년 전에 잠시 태양의 보호를 받지 못했을 것으로 추정한다.

당시 지구는 인류의 초기 조상들이 마스토돈, 사브레투드 호랑이와 같은 선사시대 동물들과 함께 살고 있었다.

또한 지구가 약 12,000년 전에 끝난 빙하기의 한복판에 있었을 때 역시 같은 상황이었다. 빙하기는 우리 행성의 기울기와 회전, 대기 중 이산화탄소 수치, 표면의 판 구조 변화와 화산분출 등 다양한 요인에 의해 발생한다. 

그러나 과학자들은 지구가 성간 공간을 통해 급강하했다고 생각하는 시기를 고려할 때, 이 연구는 빙하기의 시작과 끝처럼 지구 기후의 급격한 변화가 우리 은하계에서 태양계의 위치에 의해 영향을 받았을 수 있음을 시사한다.

보다 구체적으로, 이 새로운 발견을 뒷받침하는 연구진은 태양계가 2백만 년 전에 은하수를 횡단하면서 성간 가스와 먼지의 조밀한 부분과 마주쳤을 수도 있다는 것을 암시하고 있다. 그리고 그 영역은 태양이 방출하는 태양풍이란 하전 입자의 흐름을 방해할 정도로 두터웠을 수 있고, 잠재적으로 온도를 급락시킬 수 있다.

우주물리학자로 논문의 주 저자인 보스턴 대학 메라브 오퍼 연구원은 "이 논문은 태양과 태양계 밖의 어떤 것이 지구의 기후에 영향을 미쳤을 것이라는 것을 정량적으로 보여주는 최초의 논문"이라고 그 의미를 부여했다. 

성간 물질의 차가운 구름이 태양풍의 기능을 억제했다

우리의 태양계는 태양으로부터 오는 보호 플라즈마의 "거대한 보호막"으로 둘러싸여 있는데, 이것은 "헬리오스피어"라고 부른다. 이 보호막은 태양풍이 은하수의 별들 사이의 공간을 떠다니는 물질을 가리키는 성간 매질에 압력을 가할 때 만들어진다. 

태양권은 태양으로부터 하전된 입자들의 지속적인 흐름에 의해 끊임없이 새로워지고, 이 입자들은 명왕성을 스쳐 빠져 나간다.

태양권은 생명체의 DNA에 영향을 미칠 수 있는 방사선과 은하계의 광선으로부터 지구의 표면을 보호한다. 이 차폐는 매우 중요해서 많은 과학자들은 이것이 지구 생명체의 출현과 진화에 필수적이라고 믿고 있다.

연구진은 성간 물질의 차가운 구름이 태양풍을 한때 방해했을 가능성이 있다고 생각한다. 이것은 우주 시간의 개념으로 짧은 기간 지구와 다른 태양계 행성들을 태양권의 보호를 받지 못하게 했을 가능성이 있다.

태양권이 성간 매질의 밀도가 높고 차가운 상태로부터 태양계를 차폐하는 장면을 표현한 그래팩/사우스웨스트연구소 제공

태양권에 대한 고밀도 성간먼지의 충격이 지구에 미치는 영향을 확인하기 위해, 오퍼는 정교한 컴퓨터 모델로 시계를 과거로 돌려 놓았다. 이 덕분에 연구진은 200만년 전 태양이 어디에 위치했는지 시각화할 수 있었고, 태양권과 태양계의 나머지 부분이 이 시기에 어디에 있었는지도 파악할 수 있었다.

그들은 또 "냉운의 국부 리본 시스템"(Local Ribbon of Cold Clouds)이라고 불리는 고밀도의 냉온 가스가 은하수를 휩쓸면서 진행되는 과정을 시간별로 추적했다. 이는 '냉운의 국부 링스'(Local Lynx of Cold Cloud)라고 불리는 냉운의 국부 리본 시스템의 꼬리 끝에 있는 하나의 밀도 높은 구름이 태양권과 충돌했을 수 있다는 것을 보여주었다.

이로 인해 지구는 초신성 폭발로 죽는 거대한 별들의 잔해인 무거운 원소와 그것을 채우는 방사성 원소를 포함한 성간 매질에 노출되었을 것이다. 태양권은 일반적으로 이런 입자들을 막는다. 만약 그러한 차폐가 없었다면, 방사성 원소들이 지구에 비처럼 쏟아질 수도 있었을 것이다.

이는 200만년 전에 해당하는 남극의 눈과 얼음 핵과 달에서 발견된 철 60과 플루토늄 244 동위원소의 증가를 설명할 수 있다. 태양권이 차가운 구름의 국부 링스와 충돌한 시기도 200만 년 전 지구의 냉각기에 해당한다.

오퍼(Opher)는 차가운 구름의 국소 링스(Lynx of Cold Cloud)의 압력이 짧게는 수백 년, 길게는 백만 년 동안 태양권을 제한했을 수 있다고 이론화한다. 이 모든 것은 구름의 크기에 달려 있다고 오퍼는 말했다. 그녀는 이 짙은 구름의 영향이 사라진 후 태양권이 행성들을 다시 둘러싸도록 커졌을 것이라고 덧붙였다.

하지만 현재로서는 이 차가운 성간 구름이 정말로 빙하기를 촉발시켰는지를 포함해 지구에 어떤 영향을 미쳤는지 정확하게 판단하기는 어렵다. 연구진은 태양계가 밀집된 성간 구름과 함께 길을 건넌 다른 시기를 찾아내고 이것들도 빙하기와 일치하는지를 알아내기 위해 더 먼 과거로 조사할 예정이다.

연구진은 또한 너무 많은 수소와 방사성 물질이 지구의 대기와 교차하는 경로상의 영향을 탐구하고 있다.

이 연구 결과는 지난 10일 네이처 천문학지에 발표됐다.