NASA, "달, 식으면서 수축 변형중...지구도 가세"

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우리에게 가장 친근한 천체인 달이 지질활동을 하면서 새로운 비탈(절벽) 지형을 만들어 내고 있다. 달의 중심에 있는 뜨거운 핵이 식어 단단해지면서 달과 지표면을 쪼그라 들게 하고 있고 이에 영향을 받은 달 지표면 껍질들은 서로 밀치면서 절벽(비탈)지형을 만들어내고 있다. 여기에 지구 중력이 가세해 일정한 방향으로 절벽들을 정렬시키는 지형활동을 보여주고 있다.

미항공우주국(NASA, 나사)은 17일 지난 5년간 달궤도정찰위성(LRO) 고해상도 카메라로 촬영한 사진을 바탕으로 이같은 사실을 확인할 수 있었다고 발표했다.

일정한 방향으로 패인 비탈의 모습은 지난 2010년 8월 처음으로 발견됐고 스미소니언연구원의 톰 워터스박사는 지구 중력에 의한 달표면 지형의 변화 가능성을 처음으로 추정해 냈다.

즉 지구중력의 힘이 천천히 쪼그라드는 달의 지표면에 일정한 방향으로 절벽형태가 만들어지도록 지질학상의 변화를 불러오고 있다는 것이다.

달표면에 보이는 패인 절벽(비탈). 달궤도정찰위성(LRO)는 지난 5년간 지각내에서 서로 밀치는 힘에 의해 생겨난 수천개의 패인 비탈(절벽) 사진을 촬영해 냈다. 사진=나사,애리조나대,스미소니언연구원
<달표면에 보이는 패인 절벽(비탈). 달궤도정찰위성(LRO)는 지난 5년간 지각내에서 서로 밀치는 힘에 의해 생겨난 수천개의 패인 비탈(절벽) 사진을 촬영해 냈다. 사진=나사,애리조나대,스미소니언연구원>
이 그림은 달 지표면에서 서로 미는 힘에 의한 충상(衝上) 단층이 생기고 그 위로는 일정한 방향으로 비탈(절벽)이 생기는 과정을 설명해 주고 있다.사진=나사/유튜브
<이 그림은 달 지표면에서 서로 미는 힘에 의한 충상(衝上) 단층이 생기고 그 위로는 일정한 방향으로 비탈(절벽)이 생기는 과정을 설명해 주고 있다.사진=나사/유튜브>

달이 쪼그라드는 배경에는 무엇보다도 달의 핵이 식어가고 있다는 사실이 자리잡고 있다.

핵이 식어감에 따라 달의 맨틀에 녹아있던 부분이 단단해지고 이로 인해 달은 아주 조금이나마 쪼그라들게 된다. 달 지표면 껍질(지각)도 조금이나마 주름지게 된다.

달이 쪼그라드는 데에는 무엇보다도 달내부의 핵이 식어가고 있다는 점이 작용하고 있다. 즉 달은 죽은 천체가 아니라 아직도 활동하고 있는 천체인 셈이다. 사진=나사,애리조나대,스미소니언연구원
<달이 쪼그라드는 데에는 무엇보다도 달내부의 핵이 식어가고 있다는 점이 작용하고 있다. 즉 달은 죽은 천체가 아니라 아직도 활동하고 있는 천체인 셈이다. 사진=나사,애리조나대,스미소니언연구원>
톰 워터스가 제시한 패인 비탈의 모습. 사진=나사,애리조나대,스미소니언연구원
<톰 워터스가 제시한 패인 비탈의 모습. 사진=나사,애리조나대,스미소니언연구원>

이 지각의 주름은 수성에서 관찰되는 것과 같은 ‘패인 비탈’(lobate scarps)로 불리는 지형을 형성한다. 이 지형은 대개 길이가 10km, 높이가 수 미터 정도에 이른다.

지난 2010년 미항공우주국(NASA,나사)의 달궤도정찰위성(LRO,Lunar Reconnaissance Orbiter)는 이미 발견된 70여개 정도의 이런 절벽 외에 14개의 절벽을 추가로 발견했다. 이들은 달표면에 여기저기 흩어져 있었다.

나사 과학자들은 이를 바탕으로 달이 수축하고 있다는 결론을 내리게 됐다. 그로부터 5년 여가 지나는 동안 LRO는 고해상도 협각 카메라로 달표면의 75%에 달하는 지역을 촬영했다. 나사는 이를 통해 지금까지 달에서 지각활동으로 인해 형성된 3천200개의 절벽을 확인했다.

나사는 지난 5년간 LRO고해상도 카메라 촬영사진을 통해 지각변동에 따라 생겨난 총 3천200개의 절벽 사진을 확인했다. 사진=나사,애리조나대,스미소니언연구원.
<나사는 지난 5년간 LRO고해상도 카메라 촬영사진을 통해 지각변동에 따라 생겨난 총 3천200개의 절벽 사진을 확인했다. 사진=나사,애리조나대,스미소니언연구원.>

그리고 여기서 이상한 패턴이 나타나고 있다는 사실도 발견했다. 달 내부에서 오는 수축력은 결코 달 절벽의 선을 특정한 방향으로 형성하도록 영향을 미칠 수 없다. 그런데도 이들은 특정한 방향으로 선이 형성돼 있었다.

지질학(Geology)저널에 발표된 이번 연구의 제 1 저자 토머스 워터스 스미소니언연구원 국립대기우주박물관 수석과학자는 “달에 있는 수천개의 단층방향에는 일정한 패턴이 있었다. 이는 뭔가가 달 전체를 마사지해 재배열하는 수준으로 영향을 미쳐 이들 절벽과 단층을 형성시켰다는 의미다”라고 말했다.

이같은 현상은 지구의 중력이 가진 끌어당기는 힘으로부터 발생한다. 달이 지구의 조석간만의 차에 영향을 미치는 것과 똑같이 지구도 달에 영향을 미친다.

달에 영향을 미치는 지구 조석의 힘은 달에 있는 절벽 선들에 강력하게 영향을 미쳐 이들을 한 방향으로 정렬시킨다.

톰 워터스는 “이 절벽들은 수억년, 아니 수천 년의 나이를 가진 것으로 보인다”며 “내게 가장 놀라운 것은 달이 여전히 살아 활동하고 있다는 점”이라고 말했다.

마크 로빈슨 LRO수석 조사관(애리조나대)은 “이 미션 초기부터 우리는 조석의 힘이 달 단층 절벽의 특징을 형성하는데 역할을 한다는 것을 알았다. 하지만 이를 뒷받침하는 결론을 내릴 정도로 충분한 유효범위를 찾아내지 못했다”고 말했다. 그는 “이제 달의 절반이상 지역을 촬영한 고해상도 사진을 갖게 됨에 따라 달 절벽의 구조적 패턴을 분명하게 알게 됐다”고 말했다.

달 내부의 핵이 여전히 식어가고 있는 중이기 때문에 달 절벽 지형 또한 여전히 형성 중이며, 이 절벽은 지구-달 간 거리가 가장 멀어졌을 때 지구로부터 가장 강력한 스트레스를 받으면서 계속해서 새로운 지형을 형성하게 되는 것으로 보인다. 이 때 달 지표면 지각의 지진 활동이 최고조에 달한다. 나사는 언젠가 이같은 달의 지진에 대한 가설을 모니터할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

■달도 한때 왕성한 화산활동

달표면도 한때 용암을 뿜어내는 화산으로 덮여 있었다.

달도 한 때는 오늘날 하와이에 있는 것 같은 화산을 거느리고 있었다.

나사는 아폴로미션을 통해 달 위의 작은 화산으로 형성된 유리에서 용암 분출의 잔재를 발견됐다. 이들 과학자는 이제 자신들이 이같은 분출을 일으킨 활성가스를 찾아냈고 이를 통해 이들이 어떻게 형성됐는지 풀어내게 될 것으로 믿고 있다.

아폴로11호가 촬영한 대덜러스크레이터. 사진=나사
<아폴로11호가 촬영한 대덜러스크레이터. 사진=나사 >
아폴로 11호가 촬영한 달의 모습. 사진=나사
<아폴로 11호가 촬영한 달의 모습. 사진=나사>

달 표면은 뜨거웠고 마그마는 지표면 아래에서부터 끓어 올라 지표면을 부수었던 것으로 보인다.

새로운 연구결과에 따르면 용암은 엄청난 양의 탄소를 함유하는 달의 화산과 연관돼 있다.

달의 깊은 곳에서 용암이 분출되면서 산소와 탄소가 결합해 일산화탄소를 만들어 냈고 다른 휘발성가스가 생겨나기 전에 사라져 버렸을 것으로 보인다. 일산화탄소는 화산으로 형성된 유리를 달 표면에 흩뿌린 화산과 관련돼 있다.

전자신문인터넷 이재구국제과학전문기자 jklee@etnews.com