[아하! 우주] 너무 다른 달의 앞면과 뒷면…45억년 묵은 미스터리

[서울신문 나우뉴스]

달의 뒷면은 지구에서는 결코 볼 수 없는 면이다. 달이 지구 주위를 한 번 공전하는 데 걸리는 시간은 27.3일(항성월)인데, 이는 달의 한 번 자전시간과 같은 것으로, 이를 동주기 자전이라 한다. 따라서 지구에서는 항상 ‘계수나무 옥토끼’가 보이는 달의 한쪽 면 만을 볼 수 있을 뿐이다. 말하자면 지구와 달이 중력으로 잠긴 상태로, 서로 두 팔을 부여잡고 빙빙 윤무를 추고 있는 형국이다.

그래서 인류는 지구상에서 수십만 년을 살아오면서도 최근까지 달의 뒷면을 볼 수가 없어, 갈릴레오가 최초로 망원경으로 달을 관측한 17세기 초부터 달의 뒷면은 인류에게 하나의 미스터리였다. 인류가 최초로 달의 뒷면을 볼 수 있었던 것은 1959년 소련의 루나 3호가 달의 뒷면을 돌면서 찍은 사진을 전송했을 때였다. 그후 루나 3호는 달에 추락하여 고철 덩어리가 됐지만.

그런데 지난 60년 동안 달 착륙 로버와 아폴로 우주인들이 탐사한 결과, 달의 앞면과 뒷면이 너무나 다르다는 것이 밝혀져 과학자들에게 충격을 안겨주었다. 달의 바다(mare)라고 불리는 지역은 달의 앞면에서는 31%의 면적을 차지하고 있지만 뒷면은 겨우 1%를 차지할 뿐이다. 이 지역은 35억 년 전쯤에 생성된 것으로 추정하고 있다. 물론 물은 없다. 과거에 망원경으로 달을 관측한 갈릴레오가 달에 바다가 있다고 착각하여 ‘달의 바다’라고 말한 것에서 유래되었다.

달의 앞면(사진 좌측)과 뒷면

달의 기원에 대한 거대 충돌설에 따르면, 45억 년 전 화성 크기의 천체가 원시 지구와 충돌하여 달이 형성되었는데, 당시의 지구와 달은 이 충돌로 엄청나게 뜨거워졌으며, 암석과 마그마 등의 파편 일부가 증발해 지구를 원반 구조로 둘러쌌다. 이 시점의 달은 오늘날보다 10~20배 정도 지구와 가까웠던 것으로 추정하고 있다.

달은 지구에 비해 덩치가 작았던 만큼 빨리 식어 굳어졌다. 이를 지질학적으로 ‘동결’되었다고 하는데, 비교적 최근이라 할 수 있는 10억 년 전 달에 화산과 자기 활동을 보여주는 증거가 밝혀짐으로써 완전한 동결은 이루어지지 않았음이 드러났다.

새 연구에서는 미국 플로리다 대학, 카네기과학연구소, NASA 존슨우주센터, 뉴멕시코대학, 도쿄공업대학 지구-생명연구소 등이 달 지질의 역사를 조사한 결과, 달의 앞면과 뒷면의 극심한 비대칭성 이유를 발견하게 되었다.

컴퓨터 모델링과 달 표면의 기존 관측치 등을 이용한 다양한 연구 결과, 연구자들은 달의 방사성 원소 농도가 달의 앞면과 뒷면 사이의 비대칭성을 설명하는 데 도움이 될 수 있다는 사실을 발견했다. 이 연구는 방사성 원소인 칼륨(K), 토륨(Th) 및 우라늄(U) 같은 불안정한 원소들이 방사성 붕괴 과정을 통해 열을 생성하며, 이 열은 주변의 바위를 녹일 수 있음을 보여주었다.

“달에는 침식 현상이 상대적으로 미약하기 때문에 달 표면은 태양계 초기 역사에서 발생한 지질학적 사건을 고스란히 간직하고 있다”고 설명하는 지구생명연구소 소속 매튜 라누빌은 “특히 달 앞면 지역은 달의 다른 곳과 달리 우라늄과 토륨 같은 방사성 원소가 집중되어 있다. 이 지역 우라늄과 토륨 농축의 기원은 달의 형성 초기 단계와 그와 연결된 초기 지구의 상태를 설명하는 데 도움이 될 수 있다”고 밝혔다.

또한 연구자들은 달 앞뒤 면의 비대칭도 KREEP- 칼륨(K)이 풍부한 암석, 희토류 원소(REE-세륨, 디스프로슘, 에르븀, 유로퓸 등), 인(P)-의 특성과 관련이 있다고 밝혔다. KREEP의 존재는 최초로 달 표면에 대한 NASA의 아폴로 임무로 확인되었으며, 달의 바다와 화산 활동 및 기타 지질 활동과 관련이 있음이 밝혀졌다.

새 연구에 따르면, 불안정한 원소의 방사성 붕괴로 인한 가열 외에도 달 표면의 KREEP가 풍부한 물질은 녹는 점이 낮다는 사실이 밝혀졌으며, 지질학적 변화의 한 요인으로 추가되었다. 이 연구는 결과적으로 KREEP가 풍부한 달의 바다가 수십억 년 전 바위 위성이 처음 형성된 이후로 달의 풍경을 바꾸고 있음을 시사한다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

▶ 재미있는 세상[나우뉴스]

▶ [페이스북]