[아하! 우주] 중국이 가져온 달 암석 나이는 ‘19억 7000만년’

[서울신문 나우뉴스]

달 토양 샘플을 실은 무인 달 탐사선 창어 5호의 귀환 캡슐이 북부 내몽골 초원지대인 스즈왕에 무사히 착륙했다.(출처: CNSA)

새로운 연구에 따르면, 중국이 달에서 가져온 암석 샘플이 아폴로 프로그램이 수십 년 전에 가져온 물질보다 10억 년 더 젊은 것일 수 있다는 연구결과가 나왔다.

지난해 12월 중국의 창어 5호 우주선이 월면의 '폭풍의 바다'라는 지역에서 채취한 암석 샘플 1.73kg을 지구로 가져왔다. 이후 귀중한 월석 샘플에 접근할 수 있는 과학자들은 암석과 그 암석이 지닌 태양계의 비밀을 알아내기 위한 일련의 실험을 시작했다.

다행히도 우주선은 달과 태양계 생성에 대한 과학자들의 지식 틀에 있는 중요한 구멍을 메우기 위해 완벽한 샘플을 채집한 것으로 보인다. 새로운 연구에 따르면, 이번에 회수된 달 암석 샘플 중 두 개의 작은 조각은 약 19억 7000만 년 전의 것으로 추정된다. 오차 범위는 플러스 마이너스 5000만 년이다.

미주리주 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학의 행성 과학자이자 공동 저자인 브래드 졸리프는 "20억 년의 격차를 좁힐 수 있는 완벽한 표본"이라고 성명에서 밝혔다. 그는 베이징을 근거로 하는 연구팀에 참여하고 있다.

그 간격의 범위는 회수된 아폴로 샘플의 암석 대부분이 형성된 약 30억 년 전부터 연대 측정이 가능한 젊은 충돌 크레이터가 형성된 약 10억 년 전까지다.

45억 년의 태양계 역사를 구성하기 위해 과학자들은 시간이 기록된 샘플을 크레이터 연대 측정이라고 하는 상대 연령을 식별하는 기술에 결합했다.

졸리프 박사는 "행성 과학자들은 표면에 크레이터가 많을수록 더 오래되고 크레이터가 적을수록 표면이 더 젊다는 것을 알고 있다. 이는 훌륭한 상대적 결정법이다"이라면서 "그러나 그것에 절대적인 연대를 결정하려면 월면에서 샘플을 가져와야 한다"라고 설명했다. 

창어-5가 착륙한 달의 룀케르 산의 광활한 화산 구릉지.(출처: CNSA/CLEP)

이 접근방식을 사용하여 과학자들은 아폴로 샘플의 출처를 조사해 실험실에서 결정된 나이를 기록하고, 얼마나 많은 크레이터가 존재하는지를 계산할 수 있다. 그런 다음 행성 과학자들은 막 파헤쳐진 달의 토양에 대해 대략적인 연대를 추산할 수 있다. 이는 과학자들이 결코 얻을 수 없는 다른 태양계 천체의 신선한 샘플에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있는 연대 계산법이다.

그런데 이제까지는 30억에서 10억 년 전의 달 샘플이 없었기 때문에 과학자들의 크레이터 연대 측정 타임라인에는 엄청난 간격이 있었다. 크기가 몇 밀리미터에 불과한 두 개의 작은 달 암석이 그 엄청난 간극을 구멍을 메우는 데 결정적인 도움이 되었다.

졸리프 박사는 "이 연구에서 우리는 '약 20억 년에 플러스 마이너스 5000만 년'이라는 매우 정확한 연대 측정을 성공했다"라며 "이는 참으로 경이로운 결과로, 행성 시간의 관점에서 볼 때 그것은 매우 정확한 연대 결정"이라고 덧붙였다.

이 샘플의 나이는 화산 폭발 중에 형성되는 현무암이라는 암석 유형이기 때문에 중요한데, 이전까지 과학자들은 약 30억 년 전까지 달에서 용암이 흐른 증거만을 가지고 있었기 때문이다. 

과학자들은 달의 지각이 얇고 열을 생성하는 요소가 상대적으로 풍부하기 때문에 이 지역에서 가장 젊은 달의 현무암을 발견할 것으로 예상했다. 그러나 연구자들은 암석이 그렇게 늦게까지 어떻게 녹은 상태로 남아 있었는지에 대해서는 여전히 확실하게 밝혀내지 못하고 있다.

이 연구결과는 '사이언스' 저널 10월 7일(현지시간) 발표된 논문에 게재되어 있다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

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