September 19,2019

달 앞뒷면의 차이 밝혀지다

태곳적 태양 돌던 왜행성 충돌이 원인

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두 천체 간의 충돌 상상도  ⓒ NASA/JPL-Caltech/ 연합뉴스

두 천체 간의 충돌 상상도 ⓒ NASA/JPL-Caltech/ 연합뉴스

달은 지구에서 봤을 때 앞뒷면이 확연히 다르다.

달의 앞면은 낮은 분지가 넓게 펼쳐져 있지만, 뒷면은 사방이 온통 울퉁불퉁한 운석 충돌구로 덮여 있어 서로 다른 행성 같다. 겉으로 드러난 것뿐만 아니라 지각도 뒷면이 앞면보다 더 두껍고 추가 물질층으로 덮여 있는 등 근본적 차이도 갖고있다.

달의 공전과 자전 주기가 같아 지구에선 볼 수 없던 뒷면이 1960년대 미국과 옛 소련 간 달 탐사 경쟁으로 확인된 이후 이런 달의 앞뒷면 차이는 달 과학이 규명해야 할 근본적인 숙제였다.

지금까지 두 개의 달 충돌설 등 여러 가지 가설이 제기돼왔지만, 태곳적 태양을 돌던 왜행성이 충돌해 앞뒷면의 근본적 차이가 생겼다는 새로운 연구결과가 제시돼 달 과학의 수수께끼가 풀릴지 주목된다.

상단은 지형, 중간은 지각 두께, 하단은 토륨을 나타낸다. 임브리움(비의 바다·Im) 분지의 희미한 별표 부분이 왜행성 충돌지역. ⓒ 지구물리학 연구 저널:행성/주멍화 등/ 연합뉴스

상단은 지형, 중간은 지각 두께, 하단은 토륨을 나타낸다. 임브리움(비의 바다·Im) 분지의 희미한 별표 부분이 왜행성 충돌지역. ⓒ 지구물리학 연구 저널:행성/주멍화 등/ 연합뉴스

미국지구물리학회(AGU)에 따르면 마카오과학기술대학 우주과학연구소의 주멍화(祝夢華) 박사가 이끄는 연구팀은 달의 지각 구조에 관한 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 AGU 학술지인 ‘지구물리학 연구 저널:행성(Journal of Geophysical Research: Planets)’을 통해 발표했다.

연구팀은 달의 내부 구조와 중력장을 관측한 미국항공우주국(NASA) 탐사선 ‘그레일(GRAIL)’의 자료를 토대로 달이 현재의 지각 구조를 가지려면 어떤 충격이 가해져야 하는지를 시뮬레이션으로 분석했다.

그 결과, 달의 앞뒷면 비대칭성은 지름 약 780㎞의 천체가 시속 2만2천500㎞로 달의 앞면에 충돌할 때 가장 유사하게 형성되는 것으로 나타났다. 이는 왜행성 세레스보다 약간 작은 천체가 지구 대기에 부딪히는 유성의 4분의 1 속도로 충돌하는 것과 같다고 한다.

이보다 지름이 작은 약 720㎞의 천체가 속도를 높여 시속 2만4천500㎞로 충돌할 때도 비슷한 지각구조를 형성하는 것으로 나왔다.

이때 충돌 충격으로 달의 앞면에서 엄청난 물질이 하늘로 솟아올랐다가 뒷면에 떨어져 원래 있던 지각을 5~10㎞가량 덮게 되는 것으로 나타났다.

연구팀은 달에 충돌한 천체가 지구 형성 초기에 있었다고 하는 ‘제2의 달’일 가능성은 희박하다면서 충돌 천체는 왜행성이든 소행성이든 지구가 아닌 태양을 돌았을 것이라고 밝혔다.

연구팀은 또 달이 형성된 이후 왜행성이 갖고 있던 물질을 받았다면 지구와 달의 칼륨과 인, 텅스텐-182 등의 동위원소가 다른 이유도 설명될 수 있다고 덧붙였다.

연구팀은 이번 연구가 달의 앞뒷면 차이에 관한 답변을 내놓았을 뿐만 아니라 화성처럼 비대칭적 구조를 가진 태양계 내 다른 행성에 대해서도 통찰력을 제시하는 것이라고 주장했다.

‘지구물리학 연구 저널: 행성’의 편집장인 케이스 웨스턴 리저브 대학의 스티브 하우크 교수는 성명을 통해 “달의 앞뒷면 차이가 생긴 기원을 이해하는 것은 달 과학에서 근본적인 문제로, 이번 논문은 매우 자극적인 것이 될 것”이라고 했다.

그러면서 “이분 구조를 가진 행성이 여럿 있지만 달은 이에 관한 여러 가지 가설과 모델을 검증할 수 있는 많은 자료를 갖고 있어 이번 연구는 달을 넘어 더 넓은 의미를 가질 수 있다”고 평가했다.

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