Albireo's Hack the Dot

2000년 01월 1일

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.