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▲ 태양 주위에 형성된 원시 행성의 먼지 원반 상상도.
이 운석 먼지에 대한 분석 결과에 따르면, 약 500만 년 만에 원시 지구가 형성된 것으로 나타났는데, 이는 천문학적으로 봤을 때 상당히 짧은 시간이다.
이를 실감 나게 표현해본다면, 태양계의 역사 46억 년을 하루 24시간으로 압축할 때 1분 30초 만에 지구가 형성됐다는 뜻이라고 이들 연구자는 설명한다.
덩치가 큰 행성체들이 무작위로 서로 충돌해 원시 지구가 형성됐을 것이라는 이전의 가설은 그 진행 시간을 수천만 년으로 추정하는데, 이는 24시간 척도로 봤을 때 5~15분 정도 걸리는 시간이 된다. 이에 비해 이번 연구는 원시 지구 형성 시간을 그 10분의 1로 단축한 셈이다.
새 연구는 행성체가 중력을 통해 점점 더 많은 입자를 끌어들이는 우주 먼지의 축적 과정을 통해 원시 지구가 형성됐다고 주장한다. 마틴 실러 책임 연구원은 성명에서 “우리는 본질적으로 먼지로부터 시작한다”고 말했다. 실러 박사는 덴마크 코펜하겐 글로브 연구소의 항성-행성 형성센터(StarPlan)의 지구화학 부교수다. 실러 교수는 “중력의 작용으로 밀리미터 크기의 입자들이 빗발치듯 쏟아져 내려 단번에 행성을 만들어냈을 것”이라고 밝혔다.
실러와 그의 동료들이 운석 먼지에서 철 동위원소를 비롯해 여러 버전의 철 원소를 연구함으로써 이런 결론에 이르렀다. 그들은 다른 유형의 운석에서 철 동위원소를 관찰한 후, 한 유형만이 지구와 유사한 철 프로파일을 가지고 있음을 알아냈다.
새로운 연구에 따르면, 태양계의 행성들이 생성되는 데는 500만 년이 걸렸으며, 이 시기에 원시 지구는 맨틀로부터 철을 끌어모아 철핵이 형성됐고, 결국 이 원시 행성이 오늘날 우리가 사는 지구가 됐다. 화성의 운석은 원시 지구를 구성하는 물질 중 철 동위원소의 구성과는 다른데, 이는 태양계 초기 강한 태양 복사열로 인해 바뀌었을 가능성이 있다고 이들 연구자는 설명한다.
수십만 년이 지난 후, 지구가 형성되고 있던 영역은 먼지 원반이 형성될 만큼 충분히 차가워졌다. 실러 박사는 이 영역의 우주 먼지에서 나온 철분이 오늘날 지구 맨틀에서 발견된다는 점을 고려할 때 “초기 철분의 대부분은 이미 지구의 철핵으로 응축됐으며, 이것이 지구 핵 형성이 초기에 일어난 이유”라고 밝혔다.
운석들의 무작위 충돌로 지구가 형성됐다고 주장하는 다른 학설은 이 지구 철핵의 성분을 설명하지 못한다고 강조하는 실러 박사는 “지구가 천체들의 무작위 충돌로 형성됐다면 지구의 철 성분을 한 종류의 운석과 비교할 수는 없으며, 모든 것들이 뒤섞여 있을 것"이라고 덧붙였다.
새로운 발견은 우주의 다른 행성에도 적용될 수 있다고 연구원들은 지적했다. 본질적으로 이것은 다른 행성들이 이전에 생각하던 것보다 훨씬 빠르게 성장할 수 있음을 의미한다. 스타 플랜 교수인 마틴 비자로 공동 연구원은 실제로 다른 은하계에서 수천 개의 외계 행성에 대한 데이터에 따르면, 이것이 사실일 가능성이 높다는 증거가 있다고 밝혔다.
비자로 연구원은 성명에서 “이제 우리는 행성들이 우주 곳곳에서 형성된다는 사실을 알고 있다. 우리 태양계에서 이러한 메커니즘을 이해하면 다른 행성계에 대해서도 비슷한 추론을 할 수 있다”고 전제하면서 “이 과정은 행성이 형성되는 동안 언제 그리고 얼마나 자주 물이 축적되는지를 설명할 수도 있다”고 밝혔다. 이어 “초기 행성의 축적 이론이 실제로 맞는다면 물은 지구와 같은 행성 형성의 부산물일 가능성이 높으며, 우리가 알고 있듯이 생명의 재료를 만드는 것은 우주의 다른 곳에서도 발견될 가능성이 높다”고 덧붙였다.
이 연구는 세계적 학술지 사이언스 자매지인 ‘사이언스 어드밴시스’ 최신호(2월 12일자)에 실렸다.
사진=태양 주위에 형성된 원시 행성의 먼지 원반 상상도.
이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com
