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2012년 4월 30일 월요일

태양계 이야기 31 - 달 3



 
 4. 달의 역사


 달의 탄생을 이야기 했으니 그 다음은 달의 역사를 이야기 할 차례이다. 여기서 달의 역사란 결국 지질학적 역사이며 (Lunar geologic timescale) 그 시작은 적어도 45억년 이전으로 거슬러 올라간다.


 비록 지구와 같은 자세한 지질학적 조사가 된 것은 아니지만 과학자들은 현재까지의 연구로 달의 지질학적 연대를 다음의 6 시대로 나누었다.



(달의 6가지 연대 : 출처 Wiki)



 그런데 이 지질학적 시기 이전에 달 지각의 500km 정도가 녹아 있던 상태인 마그마 바다 (Magma Ocean) 에 대해서 간단히 설명하겠다. 이 시기는 테이아와 지구가 충돌한 직후로 달의 지각이 완전히 녹은 마그마의 바다인 상태였다. 이와 같은 추정은 아폴로 계획에서 가져온 암석을 분석하므로써 이루어졌다.



(초기 마그마의 바다가 식으면서 지각이 형성되는 과정. 이 과정에서 사장암 (Anorthosite) 이 풍부한 지각이 형성되었다는 것은 앞에서도 이야기 했다. CCL 에 따라 복사 허용, 저자 표시 : 저자 : Titoxd )



지각이 형성된 이후 달에는 다음의 6가지 지질학적 시대가 있었다고 생각된다.



 Pre Nectarian Period (선넥타리안 기)

 : 이 시기는 달의 지각이 형성된 시기이다. 약 45억 3300만년 전부터, 39억 2200만년전 사이의 시기이다. 이름처럼 이 시기의 끝에 거대한 충돌로 Nectaris Basin (넥타리스 분지, 넥타르 해라고도 부름) 이 탄생하였다. 이 시기 형성된 지각은 사장암 중심의 암석이라고 보고 있으며, 이들의 잔재가 달의 대륙 (highlands, or Terrae) 에 구성하는 흔한 암석으로 생각되고 있다. 이 시기의 후기인 41억년에서 이후 시대와 연결되는 38억년 사이는 Late Heavy Bombarment (LHB) 시대로써 수성에서 화성에 이르는 많은 내행성들이 집중적인 운석 충돌에 시달리는 시기이다.



 Nectarian Period (넥타리안 기)

 : 이 시기는 39 억 2200만년전 부터 38억 8500만년 전 까지 의 시기이다. 이 시기에는 Nectaris Basin 을 비롯한 거대한 충돌이 있었던 시기이다.



(넥타르 바다 (Sea of Nectar, Mare Nectaris) 혹은 Nectaris Basin, 깊이 1000미터, 넓이는 10만 평방킬로미터이다 This file is in the public domain because it was created by NASA)



 당시에는 여러 차례의 거대 충돌들이 있었던 것 같으며 거대한 충돌 분지들이 12개 정도 발견되었다. 최근의 연구에 따르면 이 넥타르 충돌 분지는 사실 넥타리안 시대보다 더 오래 되었다는 가설도 있다.



 Imbrain Period (임브레인 기)

 : 이 시기는 초기와 후기로 나눈다.

 Early  Imbrain Period (초기 임브레인기)

 - 38억 8500만년 에서 LHB 의 끝인 38억년 사이의 기간이다. 이 시기에 Imbrain Basin(비의 바다) 을 비롯한 거대 분지들이 탄생했으며, (Crisium(외침의 바다), Tranquilitatis(고요의 바다), Serenitatis(맑음의 바다), Fecunditatis(풍요의 바다), and Procellarum(폭풍우의 바다)) 이들은 후기 임브레인기에 현무암으로 채워지게 된다.


(붉은 색 안쪽으로 표시된 지역이 Mare Imbrain, 즉 비의 바다이다. CCL 에 따라 복사 허용, 저자 표시 : 저자 : Srbauer)


 Late Imbrain Period (후기 임브레인기)

 - 38억년전에서 32억년 사이의 시기이다. 이 때 부분적으로 녹은 달의 맨틀에서 부터 올라온 맨틀 물질이 표면에서 분출하여 현무암질의 암석을 여러 충돌 분지 지역에 형성했다. 이들은 비교적 검게 보이기 때문에 바다라고 부른다.



 Eratosthenian Period (에라토스테니안 기)

 :  이 시기는 32억년전부터 11억년 사이의 시기로 달의 역사의 대부분을 차지하는 시기이다. 이 시기는 지구의 크기를 구한 고대의 그리스 과학자 에라토스테네스의 이름을 딴 충돌 분화구의 이름을 따서 지어졌다.



(에라토스테네스 분화구 - 아폴로 17호가 찍은 사진  This file is in the public domain because it was created by NASA )


이시기는 임브레인기에서 발생한 현무암을 형성한 화산활동이 거의 중단되고 가끔 운석 충돌이 있던 길고 고요한 시기였을 것이다.



 Copernican Period (코페르니칸 기)

 : 코페르니스의 이름을 딴 이시기는 11억년 부터 현재이다. 이 시기에는 화산 활동이 사실상 중단된 시기이다. 이 시기에는 Ray system 을 가진 충돌 분화구들이 형성된 것이 특징이다. 이것은 충돌 분화구 주변으로 있는 밝은 부위이다.



(코페르니쿠스 분화구. 8억년 정도 되었다고 생각된다 This file is in the public domain because it was created by NASA )



(충돌 분화구 주변의 방사선의 Ray system 이 존재하는 달의 분화구이다 This file is in the public domain because it was created by NASA )





5. 달의 지형


 달의 지형에서의 특징은 결국 밝은 부분과 어두운 부분이 있다는 것이다. 그러나 이것은 상대적인 것이며 이 암석들은 지구의 기준으로 봤을 때는 모두 어두운 암석이다. 일단 어두운 부분은 바다라고 부르는데 이들이 대개 후기 임브레인기에 형성되었다는 점은 앞서 이야기 했다. 아마도 35억년에서 30억년 사이가 이들이 형성된 주된 시기일 것이다. 달의 바다는 우리에게 보이는 달의 앞면에서는 표면적의 31.2% 를 차지하지만 뒷면에서는 2.6% 만을 차지할 뿐이다.




(달의 앞부분의 지형 CCL 에 따라 복사 허용. 저자 허용 : 저자  Original uploader was Tauʻolunga aten.wikipedia)



(달의 표면 알베도 지도  : This image is in the public domain)



 달의 바다를 이루는 암석은 주로 현무암과 용암 대지이다. 반면 상대적으로 희색을 띠는 대륙은 충돌 분화구들이 많이 존재하며 칼슘과 알루미늄을 많이 포함하는 사장암이 주종을 이루고 있다.


 달에는 대기와 물의 존재가 없기 때문에 오래된 지형이 잘 보존된다. 이중에서는 몇가지 특징적인 지형을 간단히 소개한다.


 Rilles (열구)

 : 이는 화산 지형에서 볼 수 있는 것으로 용암이 흐르는 일종의 강이라고 볼 수 있다. 이 용함이 흘렸던 길은 침식 작용이 없는 달에 남아서 마치 물이 흐른 듯한 착각을 불러일으키는 지형을 만든다.


(달의 프린츠 분화구 근처의 Rilles (열구) 지형  This file is in the public domain because it was created by NASA)




 Domes

 : 돔은 이름 그대로 둥근 지붕처럼 솟아 있던 지형이다. 역시 화산 지형이라고 할 수 있다. 대개 지름은  8 - 12km 정도이지만 20km 에 달하는 수도 있다.



(달의 돔형 지형, 몬스 렘쿼 (Mons Rümker) This file is in the public domain because it was created by NASA )




 Wrinkle Ridges

 : 링클 릿지는 다른 천체에서도 볼 수 있는 지형이다. 이는 달의 바다 지형에 존재하는 거대한 주름 지형이다. 이런 지형이 형성된 것은 아마도 과거 바다 지형 사이의 지각이 서로 밀었던 것에 의한 것으로 생각된다.



(링클 릿지 지형 Letronne 분화구에 있는 것이다  : This file is in the public domain because it was created by NASA)



 Graben

 :  그라벤은 앞의 링클 릿지와는 반대의 힘으로 생긴다고 생각한다. 즉 링클 릿지가 양쪽에서 압축하는 힘으로 생긴다면 그라벤은 반대로 양쪽으로 잡아당기는 힘으로 생긴다고 생각한다. 이들은 거대한 충돌 분화구에서 가까운 위치에 있는 바다 지형에 생긴다.



(그라벤 지형 : 가운데 있는 길게 파인 도랑 같은 지형이다.  This file is in the public domain because it was created by NASA)



 한편 이미 알고 계신 분들도 계시겠지만 구글 어스를 설치하면 화성이나 달의 지형도 볼 수 있다. 한번 이용해 보는 것도 재미라고 할 수 있다.





6. 달의 구조


 달의 내부 구조는 아폴로 계획에서 설치한 월면 지진계등의 도움을 통해서 어느 정도 자신있게 이야기 할 수 있다. 달의 내부는 지구와 비슷하게 지각, 맨틀, 핵을 가지고 있다.


 달의 지각에는 산소, 실리콘, 마그네슘, 칼슘, 철, 알루미늄등이 풍부하며, 티타늄, 우라늄, 포타슘, 수소등의 물질도 미량 존재하는 것으로 보인다. 달의 지각은  약 50km 두께로 생각된다.



(달의 구조 모식도 CCL 에 따라 복사 허용, 저자 표시 :  저자 : Lenny222)



(달의 구조도 : 이 파일은 public domain 임, 저자 Original uploader was Bryan Derksen at en.wikipedia)




 달의 맨틀은 1000km 이상의 의 두께이며 그 가장 하부 맨틀의 경우는 부분적으로 녹아 있는 것으로 보인다. 핵은 반지름이 약 350km 정도 이며 비교적 그 크기가 작은데, 이 작은 핵은 과거 테이아와 지구의 충돌로 인한 것으로 보인다. 핵은 외부는 액체이고 내부는 금속으로 생각된다.






(다음에 계속됩니다. )

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