(Free-air gravitational anomalies and shaded topographic relief of the moon's 930-km-diameterOrientale impact basin. Red corresponds to mass excesses and blue to mass deficits relative to areference value. This gravitational field model, based on measurements acquired from the NASAGRAIL mission, shows the detailed structure of the central basin depression that is filled with densemare basalts, as well as the rings that formed due to gravitational collapse of the initial crater cavityshortly after the impact. The shaded relief map, from a digital elevation model from the laser altimeteron the NASA Lunar Reconnaissance Orbiter and the SELENE Terrain Camera, is rendered with thevirtual sun just after sunrise at Orientale, a day after the full moon. Credit: Ernest Wright, NASA/GSFC Scientific Visualization Studio)
달의 남서쪽에 위치하는 오리엔탈 충돌 분지 (Orientale impact basin)는 거대한 황소눈 같은 구조물로 지름이 930km에 달합니다. 적어도 3개의 동심원으로 구성된 이 거대한 크레이터의 생성 원인에 대해서는 지금까지 많은 의견이 엇갈렸습니다. 물론 거대한 운석이 충돌해서 생성된 크레이터라는 점에서는 이론의 여지가 없지만, 이런 독특한 지형은 어떻게 형성되는 것일까요?
나사와 브라운 대학의 연구팀은 이 비밀을 밝힐 결정적인 단서를 찾아냈습니다. 달의 중력 분포를 찾아내는 나사의 그레일 (Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL)) 임무를 통해 이 크레이터의 중력 이상 분포를 찾아냈기 때문입니다. 이를 통해서 과학자들은 컴퓨터 모델링을 시행해 충돌 당시의 상황을 재구성할 수 있었습니다.
(Orientale basin is about 580 miles (930 kilometers) wide and has three distinct rings, which form a bullseye-like pattern. This view is a mosaic of images from NASA's Lunar Reconnaissance Orbiter. Credit: NASA/GSFC/Arizona State University)
(This color-coded map shows the strength of surface gravity around Orientale basin on the moon, derived from GRAIL data. (The color scale represents units of "gals" -- 1 gal is about 1/1000 of Earth's surface gravitational acceleration.) . Credit: NASA/JPL-Caltech)
이 지도에서 붉은 색은 중력이 강한 곳을 파란색은 중력이 약한 곳을 의미합니다. 이와 같은 중력 분포를 통해서 과학자들은 정확한 물질의 분포를 확인할 수 있습니다. 연구팀에 따르면 지름 930km의 오리엔탈 분지는 38억년 전에 생성된 것입니다. 당시엔 태양계에 소행성과 혜성들이 행성과 위성에 대규모로 충돌했습니다. 이 시기 지름 64km 정도 되는 소행성이 초당 14.5km 정도 속도로 달에 충돌하면서 현재의 지형을 만든 것으로 보입니다.
과거 과학자들은 충돌시 발생한 크레이터가 무너지면서 3개의 주요 동심원 가운데 하나가 형성되었다고 생각했습니다. 하지만 이번 연구에서는 이 동심원의 고리가 실제로는 충돌과 동시에 모두 생성되었다는 사실이 밝혀졌습니다. 그 중에서 직접적인 충돌의 여파로 생성된 것 외부 고리와 더불어 내부 고리의 경우 충돌 후 반동에 의해 위로 물질들이 향하면서 생성되었다는 것이 밝혀졌습니다. 수 km에 달하는 중앙의 고지와 절벽은 사실 충돌 직후 수분만에 그 모습을 드러내기 시작했던 것 같습니다.
이번 연구는 38억년 전 대폭격기에 발생한 크레이터 가운데 가장 잘 보존된 지형을 조사했다는 점에서 의의가 있습니다. 이 시기 태양계 여러 천체에 흔적을 남긴 소행성과 혜성들은 초기 상태의 지구 생명체에도 영향을 미쳤을지 모릅니다. 앞으로 이 비밀을 밝히기 위한 연구가 계속될 것입니다.
참고
"Formation of the Orientale lunar multiring basin," Science, science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aag0518
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