천왕성이나 해왕성 같은 얼음 행성 내부에 다이아몬드 비가 내린다는 사실이 확인됐다.

오래전부터 다이아몬드 비는 이들 행성의 내부 약 8,000㎞ 속에서 엄청난 압력 아래 수소와 탄소가 결합해 만들어진다고 생각됐다.

독일 헬름홀즈 협회가 이끄는 국제 연구진이 이 같은 일이 실제로 가능하다는 것을 확인했다.

연구진은 이들 행성 내부와 비슷한 환경을 만들기 위해 강력한 광학 레이저와 충격파를 만들었다. 플라스틱을 이용한 실험에서 플라스틱을 이루고 있던 탄소 원자들이 수 나노미터(nm·1nm는 10억 분의 1m)의 작은 다이아몬드로 바뀌었다. 천왕성이나 해왕성에서는 실제로 다이아몬드가 수백만 캐럿에 이를 정도로 클 것으로 예상된다.

연구진들은 수천 년 동안 다이아몬드 비가 천천히 내려서, 핵 주변에 두꺼운 층을 이루고 있을 것으로 생각하고 있다.


독일 헬름홀즈 협회의 도미닉 크라우스 박사는 “지금까지 연구자들은 다이아몬드가 얼음 행성 내부에서 생길 것이라고 만 생각했다”면서 “이번에 실제로 이 같은 일이 벌어진다는 사실을 증명했다”라고 말했다.

연구팀은 이번 실험에 플라스틱으로 폴리스티렌을 사용했다. 폴리스티렌은 수소와 탄소로 이뤄진 물질로 지구상에서 흔히 사용된다. 거대 얼음 행성의 중간 층에서는 메탄이 탄화수소를 형성하고, 더 깊은 곳에서 가해지는 높은 압력과 온도에서 다이아몬드로 비로 바뀌는 것이다.

광학 레이저의 출력을 높인 뒤, 충격파를 줘서 얼음 행성 내부와 비슷한 온도와 압력을 만들어낸다. 충격파가 가해질 때는 압력이 최고치를 기록했으며, 대부분의 다이아몬드가 이때 만들어졌다.

이 순간 형성되는 작은 다이아몬드는 엑스선(X-레이)을 이용해 확인했다.

이번 발견은 행성 내부에서 각 구성 성분들이 어떻게 상호 작용하는지를 보여준다. 크라우스 박사는 “우리는 행성 내부로 들어가서 볼 수는 없다”면서 “때문에 위성이나 망원경을 이용한 관측이 수반돼야 한다”라고 말했다.

이번에 만든 나노 다이아몬드는 상업적으로 이용될 수 있을 것이다. 의학은 물론, 전기공학, 과학기자재 등에 활용할 수 있다.

/문병도기자 do@sedaily.com