감자 닮은 화성 위성 ‘데이모스’…남쪽 분화구, 다른 소행성에 맞아서 생긴 상처? [우주를 보다]

화성에는 포보스와 데이모스라는 두 개의 작은 위성이 있다. 포보스와 데이모스의 지름은 각각 22.2 ㎞와 12.6㎞로 포보스가 좀 더 크고 안쪽을 공전하고 있다. 둘 다 감자 같은 외형으로 묘사되지만, 자세히 들여다보면 서로 좀 다른 것을 알 수 있다. 포보스는 곰보 자국 같은 분화구가 훨씬 많은 반면 데이모스는 상대적으로 분화구가 적고 매끈한 외형을 지니고 있다. 따라서 사실 데이모스 쪽이 좀 더 감자 같은 외형을 지니고 있다.

과학자들은 데이모스 표면에 먼지와 미세한 모래 같은 물질인 ‘레골리스’(Regolith)가 두껍게 깔려 있다는 사실을 확인했다. 그리고 남쪽에는 움푹 들어간 분화구 지형이 존재하는데, 그 이유에 대해서는 여전히 미스터리로 남아 있다.

프랑스 코트다쥐르 천문대, 미국 애리조나대, 일본 도쿄대 공동 연구팀은 이 미스터리를 풀기 위해 2025년 데이모스를 근접 관측한 유럽 우주국(ESA)의 헤라 탐사선 자료를 참고해 매우 정교한 시뮬레이션을 시행했다.

연구팀은 스위스 베른대가 개발한 ’평활 입자 유체역학’(SPH) 코드도 활용했다. 베른 SPH는 미 항공우주국(NASA)이 소행성 디모포스의 궤도를 변경시킬 수 있는지 증명하기 위해 의도적으로 이 소행성에 충돌시킨 탐사선 ‘DART’(쌍소행성 궤도수정 실험)의 효과를 평가하는 코드였다. 이는 충돌하는 천체를 수백만 개의 입자로 분해하고, 충돌 시 입자들의 중력, 밀도, 물질 강도와 같은 다양한 변수들의 상호작용을 분석하는데 쓰였다.

연구팀은 이 코드를 사용해 고성능 컴퓨터 클러스터에서 약 100회의 시뮬레이션을 시행했다. 그 결과 현재 데이모스의 형태는 지름 320m의 소행성이 45도의 경사 각도로 충돌한 결과라는 결론을 얻었다. 그런데 충돌 후 감자 같은 외형을 만든 요소는 충돌한 소행성 이상으로 데이모스 자체의 구조에 많은 영향을 받았다.

데이모스는 감자처럼 내부가 꽉 차 있는 단단한 구조가 아니라 내부에 공간이 많은 잡석 더비 같은 소행성 구조를 지니고 있는 것으로 추정된다. 따라서 오히려 충돌 시에 충격을 효과적으로 흡수해 위성이 파괴되는 대신 형태가 약간 변하면서 많은 먼지와 파편을 주변으로 날렸다. 덕분에 표면이 먼지와 모래에 파묻히면서 현재처럼 상대적으로 매끈한 감자 같은 외형을 지니게 된 것으로 풀이된다.

이번 연구 결과는 앞으로 화성의 두 위성을 직접 탐사할 일본 우주 항공 연구 개발기구(JAXA)의 MMX 탐사선에 의해 검증될 예정이다. MMX는 두 위성을 자세히 관측하고 포보스에서는 샘플을 채취해 두 위성의 생성 기원과 특징을 밝혀낼 예정이다. 이번 결과를 뒷받침하는 결과가 나올지 아니면 이를 뒤집는 새로운 발견이 나올지 주목된다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com