달 표면에서 ‘물’이 대량 발견됐다

남한의 40% 달하는 면적서 양질의 물 성분 확인

과학자들은 그동안 달에 상당량의 물이 존재할 것으로 추정하고 있었다.

태양빛이 전혀 도달하지 못하는 극지(poles) 주변 분화구 영구 음영지역에 얼음의 형태로 물이 존재하고 있다는 것.

27일 ‘사이언스’, ‘가디언’ 지 등 주요 언론에 따르면 이와 관련, 달에 상당량의 물이 존재하고 있다는 것을 말해주는 두 편의 연구 논문이 잇따라 발표됐다. 매우 구체적인 내용으로 많은 지역에서 대량의 물이 존재하고 있음을 말해주고 있다.

남한의 약 40%에 달하는 달 표면 분화구를 중심으로 대량의 물이 존재한다는 것을 확인해 주는 연구 결과가 잇따라 발표돼 달 유인기지 건설 프로젝트가 힘을 얻고 있다. 사진은 달의 308 분화구. ⓒNASA

달 표면에 많은 양의 물이 묻혀 있어

첫 번째 논문은 달 표면, 특히 남극 영구 음영지역으로 갈수록 양질의 물이 다량 존재하고 있음을 확인해 주고 있다.

미 항공우주국(NASA) 고더드 우주비행센터의 케이스 호니볼(Casey Honniball) 박사가 이끄는 연구팀은 보잉747을 개조한 항공기에 적외선 망원경을 장착한 천체 관측 프로그램 ‘성층권적외선천문대(SOFIA)’를 통해 수집한 달 관측 자료를 분석해왔다.

그리고 달 표면에서 반사하고 있는 태양빛 파장을 분석해 화학기호를 분석해냈으며, 달 표면에 많은 양의 물(H2O)이 존재한다는 결론에 도달했다.

물은 남극으로 갈수록 더 많아졌는데 지역에 따라 100~400ppm의 농도로 암석이나 토양 사이에 퍼져 있는 것으로 나타났다. 오픈 유니버시티의 행성 학자 마헤시 아난드(Mahesh Anand) 교수에 따르면 이는 ‘매우 많은(quite a lot)’ 양의 물이다.

아난드 교수는 “바다 밑에서 분출되고 있는 용암 속에 이 정도의 물 분자가 포함돼 있는데 온도와 기압이 적정 온도에 이를 경우 다량의 물을 산출할 수 있는 농도”라고 설명했다.

이전에 달 남극 주변에서 수화(hydration)의 흔적이 포착돼 보고된 바 있다.

그러나 3㎛(마이크로미터) 분광 신호여서 물 분자인지 수산기(OH) 화합물인지 단정하는 데 애를 먹고 있었다. 그러나 이번 연구 결과에서 6㎛의 확실한 물 분자 분광 신호를 포착함으로써 그동안의 논란을 잠재울 수 있게 됐다.

이번 연구 결과는 우주인들이 달 표면에 착륙했을 때 양질의 물을 다량 확보할 수 있다는 것을 말해주는 것이다. 또한 표면에서 채취한 물을 분해해 우주선의 연료, 혹은 호흡을 위한 산소를 산출할 수 있다는 가능성을 시사하고 있다.

논문은 국제 학술지 ‘네이처 천문학(Nature Astronomy)’ 지 26일 자에 게재됐다. 제목은 ‘ Molecular water detected on the sunlit Moon by SOFIA’이다.

분화구 중심으로 얼음 흔적들 대량 확인

두 번째 논문은 예상했던 것보다 훨씬 더 많은 지역에서 물이 발견되고 있다는 사실을 말해주고 있다.

콜로라도대학 천체물리학자인 폴 헤인(Paul Hayne) 박사 연구팀은 첨단 분석기술을 적용해 물이 있는 것으로 알려진 (태양빛이 닿지 않는) 극지 영구 음영지역의 크기와 분포 상황을 정밀 분석했다.

영구 음영지역이란 온도가 영하 163°C 아래로 내려가 있는 어두운 영역을 말한다. 과학자은 이곳에 있는 물이 운석이나 혜성, 기타 달 표면에 충돌한 기타 물질들로 인해 생겨난 것으로 추정해왔다.

처음에는 기화 상태였으나 낮은 온도로 인해 바위나 토양 속에 서리 모양으로 변화돼 보존돼 있는 것으로 판단하고 있었다.

폴 헤인 박사 연구팀은 그동안 촬영한 NASA 달정찰궤도선(LRO) 자료를 활용해 극지 영상을 첨단 기술로 정밀 분석했다. 그리고 물이 있는 지역이 얼마나 넓게 퍼져 있는지 수치로 산출해냈다.

서리 모습의 얼음은 운석 등과의 충돌로 깊게 파인 분화구를 중심으로 광범위하게 퍼져 있었다. 연구팀이 그 면적을 수치화해 집계한 결과 물이 존재하고 있는 지역이 약 4만 제곱킬로미터에 이르는 것을 확인할 수 있었다.

이는 미국 코네티컷 주(1만 4357 제곱킬로미터)와 매사추세츠 주(2만 7336 제곱킬로미터)를 합친 것에 달하는 수준이다. 한국으로 보면 남한 면적인 10만 210 제곱킬로미터의 약 40%에 해당하는 것이다.

연구팀은 이 지역에 얼마나 많은 양의 물이 흡수돼 있는지 분석하고 있는 중이다. 이 작업이 완료되면 달 기지에 거주하는 우주인들이 묻혀있는 얼음을 어떻게 채취해 사용할 수 있을지 추산하는 것이 가능해진다.

논문은 ‘네이처 천문학(Nature Astronomy)’ 지 26일 자에 게재됐다. 제목은 ‘Micro cold traps on the Moon’이다.

달에 상당량의 물이 존재한다는 잇따라 발표되면서 오는 2024년 달에 영구 기지(permanent outpost)를 건설하려는 미 항공우주국(NASA)은 크게 반기는 분위기다.

달에 우주인이 살 수 있는 기지를 건설할 계획인 NASA는 사람이 살 수 있는 양의 물을 확보할 수 있는지 관심을 기울여왔다. 또한 달 기지 운영 경험을 기반으로 화성 등 다른 행성에 기지 건설을 도모한다는 계획이다.

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