[데일리비즈온 심재율 전문기자]달의 표면은 앞뒤가 크게 다르다. 뒷면은 크고 작은 크레이터들이 무수히 많지만, 지구와 마주보는 앞면은 낮은 지반의 지형을 이룬다. 이렇게 큰 차이는 수십 년 동안 과학자들을 어리둥절하게 했다. 달의 지각에 대한 새로운 증거는 그 차이가 태양계 초기 역사에서 달과 충돌한 난쟁이 행성에 의해 발생했다는 것을 암시한다.

이 새로운 연구에 대한 보고서가 ‘지구물리학 연구 저널: 행성들’(Journal of Geophysical Research: Planets)에 발표되었다.

두 얼굴의 달에 대한 미스터리는 먼 쪽 달 표면이 처음으로 모습을 드러냈던 아폴로 시대에서 시작되었다. 그 후 2012년 ‘중력회복 및 실내실험실’(GRAIL)이 달의 표면 두께와 물질층을 포함한 달 구조에 대한 더 자세한 정보를 제공했다.

달의 비대칭성을 설명하기 위해 나온 많은 아이디어들이 있다. 하나는 한 때 지구 궤도를 도는 두 개의 위성이 있었고 달이 생성되는 초창기에 합쳐졌다는 것이다. 또 다른 생각은 달과 충돌 궤도에 있던 젊은 난쟁이 행성이 달과 충돌했다는 것이다.

“이 후자의 거대한 충격 아이디어는 위성이 합쳐졌다는 시나리오보다 다소 늦게 일어났을 것이고 달이 단단한 지각을 형성한 후에 일어났을 것”이라고 마카오 과학기술대학(Macau University of Science and Technology) 우주과학연구소의 멍화 주(Meng Hua Zhu) 교수는 말했다. 주 교수는 “GRAIL이 입수한 상세한 중력 데이터는 지표면 아래 달의 지각 구조에 대한 새로운 통찰력을 주었다”고 말했다.

GRAIL의 새로운 연구결과는 주 교수팀이 ‘달 충돌 시나리오’를 시험하기 위해 사용한 컴퓨터 시뮬레이션에 더 명확한 목표를 제공했다. 연구원들은 수백 만 년 전의 이러한 사건이 GRAIL에 의해 감지된 오늘날의 달의 표면을 재현할 수 있는지 알아보기 위해 달과 거대한 충돌에 대한 컴퓨터 시뮬레이션을 360번 실시했다.

그들은 오늘날과 같이 달이 비대칭을 이루려면 직경이 약 780km인 거대한 물체가 시속 22,500km 속도로 달에 충격을 가했을 것임을 발견했다. 그것은 왜성 세레스보다 조금 작은 물체가 지구 대기에서 불 타 오르며 사라지는 운석 속도의 1/4에 해당하는 속도이다. 연구팀이 모델링한 또 다른 충격은 직경이 720km인 약간 작은 물체가 더 빠른 시속 24,500km 속도로 달을 때리는 것이다.

이 두 가지 시나리오 모두에서, 작은 왜성의 충돌로 달 뒤쪽에 엄청난 양의 잔해가 쏟아졌음을 것을 보여준다. 이 충돌로 달의 원래 지각 위에 5km에서 10km 두께의 잔해가 쌓였다.

이번 새 연구는 달과 부딪힌 것이 지구의 초기 두 번째 달이 아닐 가능성이 있다는 것을 암시한다. 소행성이든 왜성이든 간에, 그것은 아마도 태양 주위를 도는 궤도에 있었을 것이라고 주 교수는 말했다.

이 거대한 충격 모델은 또한 지구 표면과 달의 표면 사이에 칼륨, 인, 텅스텐-182와 같이 설명할 수 없었던 희토류의 동위원소 차이를 설명하는 자료를 제공한다고 연구원들은 말했다. 연구원들은 거대한 충격에 이어 생겨난 이 원소들은 달의 형성 후에 달에 남았을 것이라고 설명했다.

“우리 모델은 이 동위원소의 이상현상을 거대한 충격 시나리오의 맥락에서 설명할 수 있다.”고 연구원들은 밝혔다.

이번 연구는 달에 대한 계속된 질문에 해답을 제시할 뿐만 아니라, 태양계의 다른 비대칭 세계의 구조에 대한 통찰력을 제공할 수 있다.

*논문제목 Are the Moon's nearside‐farside asymmetries the result of a giant impact? Journal of Geophysical Research: Planets, 2019;