[아하! 우주] 지구가 ‘달의 물’을 빼앗았다!

-원시지구에는 고리가 있었다

지구가 달의 물을 빼앗았을지도 모른다는 내용의 새로운 연구 결과가 발표되었다고 우주전문 웹사이트인 스페이스닷컴이 14일(현지시간) 보도했다.

원시 태양계의 대충돌 시기에 지구와 달이 형성되었을 때 지구가 달로부터 물을 포함한 휘발성 물질들을 가로챘을 가능성이 많다는 학설이다. 막 생성된 달이 지구로부터 멀어져갈 때 미처 달에 합류하지 못한 물질들을 지구가 우세한 중력으로 가로채왔다고 연구자들은 생각하고 있다.

이 같은 추론은 이미 몇십 년 전부터 나온 것인데, 지금 달에 휘발성 물질이 거의 없다는 것이 지구에 그런 물질을 빼앗겼다는 증거로 보고 있습니다." 하고 콜로라도 사우스웨스트 연구소의 로빈 캐넙 박사가 미국천문학회 행성과학부의 연례회의에서 밝혔다.

태양계가 형성되던 초기에 휘발성 물질들을 풍부하게 함유한 원시행성 하나가 지금의 지구 궤도 근처에 있었다. 여기에 테이아라 불리는 큰 천체가 들이받아 곤죽이 된 두 천체의 물질이 지구와 달이 생성되기 시작했다. 이것이 이른바 거대충돌설이다.

달에서 발견되는 암석은 놀랍도록 지구의 암석과 비슷한 성분을 가지고 있지만, 물이나 아연, 나트륨, 칼슘 같은 휘발성 물질들이 없다는 점이 특이하다.

근년에 과학자들은 테이아와의 충돌에 의한 고열로 휘발성 물질들이 지구-달 시스템 바깥으로 깡그리 날아가버렸을 거라는 가설을 내놓았다. 그러나 캐넙과 그 연구진은 그런 물질들이 지구 중력으로 인해 시스템 바깥으로 거의 탈출하지 못했을 거라고 주장한다. 따라서 지구와 달이 결국 그 물질들을 함께 회수했을 거라고 보는 것이다.

거대충돌 후 몇 년 가지 않아 지구와 달은 다시 핵을 만들었다. 그리고 휘발성 물질을 포함한 나머지 물질들은 토성의 고리 같은 커다란 고리를 만들어 지구 궤도를 돌았을 것으로 추정된다. 얼마 가지 않아 달은 보다 가벼운 물질을 모아들였는데, 그 과정에서 휘발 물질이 풍부한 핵을 가지게 되었다. 그와 같은 시각에 덩치가 좀더 큰 지구는 달보다 많은 양의 휘발성 물질을 끌어들였다.

"그러나 달이 휘발성 물질을 수집해들이는 과정은 그리 오래 지속되지 않고 중단되었다"고 캐넙은 밝혔다. 달은 생성되기 시작한 이래 지구로부터 점점 더 먼 궤도로 이동해갔다. 오늘날에도 달은 매년 3.8cm씩 지구로부터 멀어져가가고 있다. 달의 생애에 있어 초기 몇십 년 지나지 않아 물과 가벼운 물질을 지구 고리로부터 끌어오는 힘을 잃어버렸고, 고리의 먼지와 가스 성분들은 달의 인력에서 벗어나 지구로 되돌아갔다.

달은 아마도 지구를 형성하는 원반의 안쪽 물질들을 받아들인 것으로 보이는데, 그것이 달 질량의 반을 차지하고 있다. 원반 안쪽 물질은 너무나 뜨거워 물이나 다른 휘발성 물질을 함유할 수 없는 것이었다고 캐넙 박사는 설명한다. 그 결과 달은 두께가 100~500km에 이르는 암석 지각을 갖게 되었다. 그 아래 층에는 아마 지각에서 사라진 물질들이 포함되어 있을 것으로 연구자들은 생각하고 있다.

이 새로운 연구결과는 열-화학 모델이 첨부되어 '네이저 지구과학'에 발표되었다. 이 모델은 이번 작업을 위해 특별히 개발된 것으로, 지구를 둘러싼 산소 원반을 시뮬레이션해 만든 것이다.

이광식 통신원 joand999@naver.com