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태양계 이야기 1114 - 화성의 두 위성은 어떻게 생성됐을까?



 (Color image of Phobos, imaged by the Mars Reconnaissance Orbiter on 23 March 2008. The High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) camera on NASA's Mars Reconnaissance Orbiter took two images of the larger of Mars' two moons, Phobos, within 10 minutes of each other on 23 March 2008. This is the first, taken from a distance of about 6,800 kilometers (about 4,200 miles). It is presented in color by combining data from the camera's blue-green, red, and near-infrared channels. The illuminated part of Phobos seen in the images is about 21 kilometers (13 miles) across. Credit: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona)

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태양계의 내행성 가운데 위성을 지닌 것은 지구와 화성 뿐입니다. 하지만 지구와 화성의 위성은 상당히 다른 형태를 지니고 있습니다. 지구는 지구 지름의 1/4에 해당하는 거대한 위성을 지닌 반면 화성은 소해성 두 개가 우연히 포획된 것 같은 모습을 하고 있습니다.

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당연히 과학자들도 화성 주변을 지나던 위성이 우연히 포획되어 현재의 포보스와 데이모스가 형성된 것으로 볼 것 같지만, 사실은 이에 대해서도 여러 가설이 대립하고 있습니다.

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예를 들어 일부 과학자들은 지구의 달처럼 다른 큰 소행성이 충돌한 후 튀어나운 물질이 모여 우선 고리를 만들고 여기서 포보스가 생겼다고 보고 있습니다.

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포보스가 적도 바로 위를 공전할 뿐 아니라 표면과 거리도 6000km에 불과하고 평균 밀도 역시 마치 부서진 조각들이 뭉친 것처럼 주소행성대 소행성보다 낮기 때문입니다. 하지만 이 가설은 포보스보다 훨씬 먼 거리에서 화성을 공전하는 다른 위성인 데이모스의 생성을 설명하기 어렵습니다.

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나사 에임스 연구소의 야콥 케저레이스 (Jacob Kegerreis, a postdoctoral research scientist at NASA's Ames Research Center)가 이끄는 연구팀은 오픈 소스인 스위프트 (SWIFT) 코드와 슈퍼컴퓨터를 이용해 현재 포보스와 데이모스의 궤도를 가장 잘 설명할 수 있는 시나리오를 조사했습니다.

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(시뮬레이션 영상)

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연구 결과 화성에 포보스와 데이모스의 모체에 해당하는 더 큰 소행성이 화성에 포획된 후 화성의 중력에 의해 파괴되고 그 파편 중 일부가 화성 주변 궤도에서 뭉쳐 위성을 형성했다고 보면 현재의 궤도를 설명할 수 있는 것으로 나타났습니다.

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물론 이론적인 연구이기 때문에 이것만으로는 결론을 내릴 수 없고 이 가설을 검증할 구체적 증거가 필요합니다. 연구팀은 현재 일본 우주항공연구개발기구 JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency)의 포보스 탐사선인 Martian Moons eXploration (MMX)가 결정적인 답을 줄 것으로 기대하고 있습니다.

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MMX는 포보스에 대한 자세한 관측은 물론이고 일부 샘플을 채취해 지구로 가져올 예정입니다. 만약 여기에 화성의 암석이 섞여 있다면 화성 충돌설이 옳은 것이고 아니라면 연구팀의 가설이 지지를 받을 것으로 보입니다.

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MMX 임무가 성공적으로 진행되어 오랜 미스터리에 대해 결정적 답을 줄 수 있을지 주목됩니다.

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참고

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https://phys.org/news/2024-11-mars-moons-supercomputers-disruptive-explanation.html

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Jacob A. Kegerreis et al, Origin of Mars's moons by disruptive partial capture of an asteroid, Icarus (2024). DOI: 10.1016/j.icarus.2024.116337

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