수성 표면의 이산화규소 함량은 고작 37%일까

수성의 표면은 지금까지 생각했던 것보다 훨씬 ‘실리카가 적은’ 암석으로 이뤄졌을 가능성이 제기됐다. 새로운 연구는 수성의 규산염 표면에 포함된 이산화규소(SiO₂)가 질량 기준 약 **37%**일 수 있다고 추정했다. 이는 기존에 제시된 약 **49~60%**보다 크게 낮은 수치다.140

이 결과가 확인되면 수성의 화산암이 행성 내부에서 매우 뜨겁고 광범위한 용융을 거쳐 만들어졌다는 해석에 힘이 실릴 수 있다. 다만 수성은 산소가 극도로 부족한 환경에서 형성된 행성으로 알려져 있어, 일부 규소가 이산화규소가 아닌 금속 규소나 탄화규소 형태로 존재할 가능성도 남아 있다.3342

수성의 실리카 함량을 어떻게 추정했나

지금까지 수성에 착륙해 암석을 직접 분석한 탐사선은 없으며, 지구로 가져온 수성 표본도 없다. 연구진은 대신 규산염 물질의 적외선 방출 특성을 이용했다. 핵심은 규산염의 이산화규소 함량에 따라 파장이 달라지는 **크리스티안센 특징(Christiansen Feature)**이라는 적외선 신호다.130

연구진은 먼저 행성 표면과 관련 있는 여러 조성의 유리구슬을 실험실에서 제작하고, 각각의 적외선 신호를 측정했다. 이를 통해 크리스티안센 특징의 파장과 유리 속 SiO₂ 함량 사이의 경험적 관계를 마련했다.

그다음 이 보정식을 고해상도 달 적외선 관측 자료에 적용했다. 달에서는 아폴로, 루나, 창어 탐사선이 가져온 표본과 관측 결과를 비교할 수 있기 때문에, 수성을 분석하기 전에 원격 측정 방법의 신뢰성을 점검하는 시험장 역할을 했다.1

따라서 이번 결과는 수성 암석을 채취해 성분을 직접 측정한 값이 아니다. 적외선 신호를 바탕으로 계산한 **‘규산염 기준 SiO₂ 환산값’**으로 이해하는 것이 정확하다.

37%라는 수치가 말해주는 것

수성의 표면이 이처럼 실리카가 적다면, 행성의 화산 활동은 기존 모델보다 훨씬 극단적이었을 수 있다. 수성 표면의 넓은 평원은 화산 활동으로 형성된 것으로 널리 해석된다.3637 이처럼 낮은 실리카 함량의 용암을 만들려면, 맨틀이 기존 예상보다 더 뜨겁고 깊은 곳까지 광범위하게 녹았어야 할 가능성이 있다.140

이는 오늘날 수성 표면이 행성 초기의 강력한 분화와 화산 활동을 기록하고 있다는 뜻으로 이어질 수 있다. 다만 연구 결과만으로 맨틀의 정확한 온도나 용융 깊이, 특정한 지질학적 경로를 확정할 수는 없다. 실험실에서 만든 규산염 유리의 조성이 수성 표면의 화학적으로 독특한 물질을 얼마나 잘 대표하는지가 중요한 변수이기 때문이다.

또 다른 가능성: 규소가 모두 SiO₂는 아닐 수 있다

수성은 알려진 지구형 행성 가운데 화학적으로 가장 환원된 행성 중 하나다. 관측 결과에서 황은 풍부한 반면 철과 산소는 상대적으로 적게 나타났으며, 이는 산소가 부족한 환경에서 수성이 형성됐다는 해석과 일치한다.334244

이런 환경에서는 모든 규소가 산소와 결합해 이산화규소를 만들 필요가 없다. 일부 규소가 금속 규소나 탄화규소처럼 산화되지 않은 형태로 존재할 수 있다. 이런 물질은 적외선 신호를 변화시켜, 실제로는 규소의 상당 부분이 다른 형태로 존재하는 표면을 ‘실리카가 매우 적은 규산염 표면’처럼 보이게 만들 수 있다.40

따라서 ‘37%’라는 숫자는 수성에 존재하는 모든 규소 함유 물질 가운데 이산화규소가 차지하는 비율을 확정한 값이 아니다. 현재의 보정 방식과 가정 아래에서 추정한 표면 규산염의 SiO₂ 함량에 가깝다.

베피콜롬보가 답을 확인한다

이 불확실성을 좁힐 다음 기회는 유럽우주국(ESA)과 일본우주항공연구개발기구(JAXA)가 공동 운영하는 베피콜롬보(BepiColombo) 탐사선이다. 수성 도착 과정에서 수성 전이 모듈(MTM)은 2026년 9월 3일 분리될 예정이며, 수성 궤도 진입 절차는 2026년 11월 21일 시작될 예정이다.1724 두 궤도선의 본격적인 과학 관측은 2027년 4월 시작될 계획이다.26

베피콜롬보의 MERTIS 장비는 크리스티안센 특징이 나타나는 적외선 영역을 포함해 열적외선 파장대를 관측하도록 설계됐다.30 기존의 지상 관측이 수성 전체에서 합쳐진 신호를 주로 분석했다면, MERTIS는 수성 표면의 개별 지역과 지질 단위별로 적외선 특성을 비교할 수 있을 전망이다.

향후 관측은 다음과 같은 질문에 답하는 데 도움을 줄 수 있다.

• 낮게 추정된 SiO₂ 함량이 수성 표면 전반에 공통적으로 나타나는가?
• 화산 평원, 충돌구가 많은 지형 등 지역별로 함량이 달라지는가?
• 지역별 패턴이 맨틀의 고온·심부 용융을 뒷받침하는가?
• 다른 원소 및 광물 분석 결과와 결합했을 때, 일부 규소가 금속 또는 탄화물 형태로 저장됐다는 증거가 나타나는가?

새 관측 자료가 확보되기 전까지 가장 신중하면서도 중요한 결론은 이렇다. 수성의 화산 표면은 기존 예상보다 훨씬 실리카가 적을 수 있다. 그 원인은 유난히 뜨겁고 깊게 녹은 맨틀일 수도 있고, 산소가 극도로 부족했던 독특한 화학 환경일 수도 있으며, 두 요인이 함께 작용했을 가능성도 있다.