달
2008년 03월 16일
월석에서 발견된 물의 흔적
지난 40여년간의 집요한 분석에도 불구하고 월석에서 물의 흔적을 찾는데 실패했습니다. 결국 달은 태양계 내에서 가장 건조한 천체로 낙인찍혔고, 그 이유로 지금으로부터 45억년 전 지구에 화성만한 크기의 천체가 충돌하여 그 파편이 모여 달이 생성될 당시, 뜨거운 열기로 인해 수분이 다 증발해 버렸기 때문일 것으로 추정되어져 왔습니다.
물론 달의 극지방, 태양광이 닿지 않는 크레이터의 그늘 - 영구 동토에 물의 얼음이 존재할 가능성이 제기되어 왔지만, 그것은 설령 존재한다손 치더라도 달에 원래 있던 수분이 아니라 혜성과의 충돌 시에 배달되어진 것일 뿐입니다.
최근 발표된 한 논문에 따르면 수분을 검출해 낼 수 있는 기기의 예민도가 상승됨에 따라, 아폴로 15호가 가져온 월석 일부에서 과거 물이 존재했던 흔적을 찾아냈다고 합니다.
Saal 등에 따르면 위 그림과 같이 화산 활동의 결과 만들어진 녹색의 염주 모양 결정체에서 검출된 수분 함량은 미량이어서 0.003%에 불과하지만 이로 미루어 수십억년 전 화산활동 당시에는 검출량보다 10배 더 많은 수분이 포함되어 있었으리라 추정하였습니다.
달을 탐사하러 간 사람들이 흙에서 물을 짜내 목을 축일 수 있을 정도는 아니지만, 최소한 달이 완전히 매마른 땅은 아니었으리라는 주장입니다.
A Whiff of Water from the Moon, Kelly Beatty, Sky & Telescope, March, 2008, http://www.skyandtelescope.com/news/16669391.html
2008년 3월 16일 14시 17분 13초, albireo에 의해 작성됨
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2000년 01월 1일
달의 기원
거대 충돌설
달이 어떻게 탄생하였는가에 관해서 몇가지 가설들이 있습니다. 어떤 사람들은 우연히 지구 근처를 스쳐지나가던 소행성 가운데 하나가 지구의 인력에 붙들려 들어와 포섭되었다고 생각합니다. 다른 사람들은 태초에 지구가 생겨날 때에 달도 동시에 만들어져 처음부터 지금까지 줄곧 동반자 관계에 있었다고 주장하기도 합니다. 그러나 최근 달에 관한 많은 사실이 알려지면서 거대 충돌설이 주목을 받게 되었습니다.
거대 충돌설은 지금으로부터 약 45억년전 지구가 생겨나고 그리 오랜 세월이 흐르지 않은 시기, 아직 뜨거운 불덩이였던 지구에 화성 만한 천체가 충돌하여 그 파편들이 뭉쳐서 달을 이루었다는 이론입니다. 아마도 충돌 직 후에 그 파편들이 지구 주위에 원반 모양의 판이나 토성과 비슷한 모습의 고리를 이루었을 지도 모릅니다. 어쨋거나 이러한 지구의 파편과 충돌한 천체의 파편들이 서로 뒤범벅 되어 오늘날의 달을 형성하였다는 이야기입니다.
거대 충돌설의 잇점
거대 충돌설이 주목을 받게 된 이유는 다른 가설들이 대답할 수 없는 몇가지 의문점을 적절히 해결해 낼 수 있기 때문이었습니다.
1. 지구의 중심에는 철로 된 핵이 있지만 달에는 이것이 없다는 사실이 드러났습니다. 달은 전체가 균일한 바위 덩어리로 생각되어지고 있습니다. 만약 달이 태초에 지구가 생겨날 때 동시에 만들어졌거나 다른 곳에서 제대로 성장한 후 포섭된 존재라면, 달에도 철로 된 핵이 있어야 할 것입니다. 거대 충돌설은 이 사실을 잘 설명할 수 있습니다. 지구가 화성만한 천체와 충돌할 때 이 둘은 각각 철로 된 핵을 갖고 있었습니다. 충돌한 천체의 핵은 곧 지구의 핵과 융합되어버렸습니다. 그리고 우주 공간으로 튀어나간 파편들은 지구와 충돌 천체의 표면에 있던 암석 성분들 뿐이었습니다. 이 시나리오는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 실제로 가능한 것으로 증명되었습니다.
2. 지구의 평균 밀도는 1 제곱 센티미터 당 5.5g인 반면 달의 평균 밀도는 3.3g에 불과합니다. 이 사실은 달에 철성분의 핵이 없음을 암시합니다.
3. 달표면의 암석과 지구의 암석 속에 들어있는 산소 동위원소 성분 비율은 거의 똑같다는 사실이 아폴로 11호가 가져온 월석을 조사한 결과 드러났습니다. 화성의 암석이나 운석은 이와 판이하게 다른 양상을 보입니다. 이 사실은 달을 이루는 암석 성분이 지구로부터 비롯되었다는 가설을 강력하게 지지하고 있습니다.
4. 달은 크고 단 하나뿐인 위성이란 점에서 매우 특이합니다. 만약 달이 지구가 생겨날 때 동시에 만들어졌다면, 즉 그 생성 기전이 아주 일반적인 현상이었다면 다른 행성에서도 이와 유사한 타입의 위성을 흔하게 발견할 수 있어야 할 것입니다. 그러나 유독 지구와 명왕성 만이 이러한 거대 유일 위성을 갖고 있습니다. 이 사실은 달이 태양계 9개의 행성 가운데 하나나 둘 정도에 벌어질 수 있는 거대 충돌 사고에 의해 이루어졌음을 간접적으로 증거하고 있습니다.
거대 충돌설의 발전
화성만한 소행성이 지구와 충돌하여 달이 생겼다는 이론은 1960년대 소련의 천문학자 V. S. Safronov에 의해서 제창된 후 Hartmann과 Davis의 연구에 의해 뒷받침되었습니다.
Hartmann과 Davis는 지구와 충돌할 운명의 궤도를 따라 움직이는 화성만큼 커다란 소행성이 존재했을 가능성과 이러한 거대 충돌이 달을 형성할 수 있을만큼 적당한 각도로 이루어졌을 가능성, 그리고 거대 충돌이 지구가 왠만큼 성장했던 시기에 이루어졌을 가능성 등을 이론적으로 증명하였습니다. 이들의 논문은 1975년 발표되었습니다.
한편 하바드 대학의 Cameron과 Ward도 독자적인 연구를 통해서 이보다 2년 늦은 1977년 비슷한 내용의 논문을 발표하였습니다. 그들은 처음에 지구와 달의 각운동량을 연구하던 중 화성만한 천체 (지구의 1/3내지 절반 크기) 가 충돌했을 가능성을 유추해 내었다고 하였습니다.
그 이후 최근에 이르기까지 여러가지 다각적인 연구가 진행되어 왔으며 달의 기원에 관한 가장 유력한 가설로 확고하게 자리잡았습니다.
달의 기원에 관한 다른 가설들
1. 가장 초기에 제기된 가설은 지구가 탄생할 때 그 근처에 달도 동시에 태어나 성장하였다는 이야기였습니다. 이것은 달에 철로 된 핵이 없다는 사실로 반박될 수 있습니다.
2. 달이 상대적으로 철성분이 적은 지역에서 탄생, 성장하여 지구의 인력에 의해 포섭되었다는 가설입니다. 이것은 달의 암석과 지구의 암석 속에 녹아있는 산소 동위원소의 함유율이 거의 정확하게 똑같다는 사실에 의거하여 반박될 수 있습니다.
3. 또다른 가설은 태초에 지구가 지나치게 빠른 속도로 자전하여 지구를 이루던 물질들이 떨어져 나와 달을 이루었다는 것입니다. 이 가설은 필요한 각운동량과 에너지를 이용해서 시뮬레이션 해 본 결과 실제로는 불가능한 것으로 판명되었습니다.
2000년 1월 1일 22시 02분 07초, albireo에 의해 작성됨
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크레이터의 해부
크레이터란?
달의 표면에 숭숭 잘도 뚫려있는 무수한 구덩이들, 바로 크레이터입니다. 이를 분화구라고 부르면 안되겠지요. 분화구 噴火口 는 화산에서나 적합한 말입니다. 크레이터는 혜성이나 작은 소행성들이 충돌하고 남긴 상처이지요. 그런데 자세히 들여다보면 크레이터들의 크기와 모양이 온통 제각각입니다. 어떤 것은 꼭 사발처럼 동그랗고 깨끗하게 파여있는가 하면, 어떤 것은 무지막지하게 거대하고 가장 깊숙한 한가운데에 작은 봉우리가 솟아있기도 합니다. 자, 그럼 이런 크레이터들은 어떻게 만들어 지는지 살펴보겠습니다.
소행성은 일정한 질량을 가지고 굉장히 빠른 속도로 움직이고 있습니다. 이 움직임에 갑작스런 제동을 거는 것이 바로 충돌이겠지요. 소행성이 갖고 있던 엄청난 운동에너지 (이 에너지는 소행성이 클수록, 그리고 속도가 빠를 수록 훨씬더 커집니다.)가 충돌과 더불어 순식간에 사라져버리면 안되겠지요? 에너지는 불변한다고 배웠으니까요. 곧 모두 다른 형태의 에너지들로 - 예컨대 엄청난 압력, 빛과 열, 엄청난 소리와 같은 - 바뀌어버립니다. 이렇게 충돌 에너지가 다른 형태의 에너지로 효과적으로 바뀌면서 남기는 흔적이 바로 크레이더입니다.
작은 크레이터
어느 정도 크기의 물체가 지표와 빠른 속도로 충돌하면, 그 물체와 지표 사이에는 엄청난 크기의 압력, 즉 충격파 shock wave 가 발생합니다. 충격파는 땅을 파고 드려고만 합니다. 초속 10km의 속도로 충돌이 일어나면 순간 일어나는 충격압력은 지구 대기압의 수백만배에 달합니다. 이 정도의 압력이라면 다이아몬드와 같은 아주 단단한 바위도 순간 1/3의 크기로 짜부러 뜨릴 수 있습니다.
충격파는 물체와 지표가 맞다은 바로 그 지점에서 시작합니다. 만약 충격파만 있다면, 그리고 이를 저지하는 아무런 힘이 없다면 충돌 물체는 지구를 뚫고 반대편으로 빠져나오겠지요. 그러나 지표면은 곧 이에 반격을 가합니다. 지표면이 충격파에 역으로 가하는 힘을 감압파 decompression wave 라고 부릅니다. 충돌 당시에는 충격파가 우세하여 지표면이 깊이 파였지만 곧이어 생겨난 감압파가 충격파와 비슷한 힘으로 맞서게 됩니다.
이렇게 되면 더이상 땅이 파이지 않고 대신, 이제 양 옆방향으로 파먹어 들어가게 됩니다. 이 과정도 그리 오래 가지 않아 곧 주위 바위들의 단단함에 굴복하여 멈추게 됩니다. 충격파가 사그라들면서 모든 과정이 끝납니다. 대부분의 작은 대접모양의 크레이터들은 이렇게 만들어졌습니다. 크레이터의 밑바닥은 충돌시 마치 액체처럼 녹아내린 충돌물체의 잔해들로 얇게 코팅됩니다.
큰 크레이터
이보다 좀더 큰 물체가 충돌하면 앞서 언급한 내용과 같은 과정으로 크레이터가 생긴 직후, 깊숙이 파인 크레이터 주위의 벽이 안쪽으로 허물어져 내리게 됩니다. 지구의 경우 부드러운 퇴적암에 생긴 직경 3km 이상의 크레이터나, 이보다 단단한 땅의 경우 4km 이상급에서 대부분 이와같은 흔적을 보입니다. 어떤 커다란 크레이터들은 벽이 허물어져 내리면서 방사상의 고리 모양으로 구겨진 듯한 모습을 보이기도 합니다.
이렇게 벽이 허물어져 구덩이 한가운데 싸이면서 중앙에 작은 언덕 하나 central peak 를 만들어 놓습니다. 거대한 크레이터에서 흔히 볼 수 있는 중앙 언덕은 충돌 직후 지표면의 반사작용에 의해서도 생깁니다. 대부분 이 두가지 원인이 복합되어 생겨났을 것입니다.
고 유진슈메이커 박사는 주위 산맥이 내측으로 허물어져 있고 한가운데 언덕을 형성한 분지구조를 보면, 이것이 화산운동으로 생긴 칼데라가 아니라 바로 충돌에 의해 생긴 지형임을 알 수 있다고 하였습니다.
충돌의 결과
커다란 소행성이나 혜성이 단단한 지면과 충돌하면 크레이터가 생기는 것 외에 훨씬 엄청난 일들이 일어납니다. 직경 10km인 천체가 지구와 충돌했을때 방출되는 에너지는 지구에서 일어날 수 있는 가장 큰 규모의 지진의 5배를 넘습니다. 결국 거대한 지진과 화산 활동, 상상을 초월한 헤일 (만약 바다에 떨어졌을 경우)이 이어지며 산성비, 대기 중을 가득 매운 먼지입자로 인한 태양광의 차단, 지상 식물의 광합성 차단, 먹이사슬의 붕괴가 뒤따를 것입니다. 다행히도 태양계가 성숙되어가면서 이러한 충돌 회수가 많이 줄어들었으나, 하지만 완전히 없어지지는 않았습니다.
2000년 1월 1일 21시 34분 39초, albireo에 의해 작성됨
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