(This artist's concept shows a giant impact similar to the one 4.5 billion years ago that scientists think created the Earth-Moon system. Southwest Research Institute scientists combined dynamical, thermal, and chemical models of the Moon's formation to explain the relative lack of volatile elements in lunar rocks, when compared to those of Earth.
Credit: Image Courtesy of NASA/JPL-Caltech)
현재 달의 생성을 설명하는 지배적인 가설은 충돌설입니다. 테이아(Theia)라고 부르는 화성크기의 가상의 행성이 지구와 충돌했고, 그 남은 파편이 뭉쳐 달이 되었다는 것이죠. 이 가설은 달이 왜 크기에 비해서 꽤 무거운 천체가 되었는지를 잘 설명합니다. 하지만 이런 점을 감안해도 달에는 아연, 나트륨, 포타슘을 비롯한 가벼운 원소의 함량이 매우 적습니다. 이것은 본래 테이아의 특징이었을까요?
사우스웨스트 연구소의 부소장인 루빈 카눕 박사(Dr. Robin Canup, associate vice president in SwRI's Space Science and Engineering Division)가 이끄는 연구팀은 여기에 대해서 재미있는 가설을 내놓았습니다. 달이 형성될 때 거대한 안쪽의 디스크에서 물질을 흡수하지 못한 것이 그 원인이라는 것입니다.
연구팀은 이 충돌 직후 있었던 일을 컴퓨터 시뮬레이션으로 재현했습니다. 그 결과 원시 지구와 테이아에 있었던 대충돌 이후 쉽게 증발하는 휘발성 물질들이 대부분 지구의 강력한 중력에 이끌려 왔다는 것이 확인되었습니다.
시뮬레이션 결과에 의하면 대충돌 직후 지구에서 빠져나간 물질들은 일부는 지구의 중력권 밖으로 튀어나가지만, 상당수는 지구 주변 궤도에서 거대한 물질의 고리를 형성하게 된다고 합니다. 이는 마치 토성의 고리처럼 보일 것입니다.
충돌시의 운동에너지와 밀도 등에 따라 고리의 물질은 토성의 고리처럼 몇 개로 분리되는데, 그 중에서 휘발성 물질이 풍부한 안쪽의 디스크는 형성되는 달의 본체와 상호 중력 작용에 의해서 멀어지는 것으로 나타났다고 합니다. 즉, 결과적으로 이 물질들은 결국 지구에 흡수되는 것으로 나타났습니다.
최종적으로 형성된 달은 휘발성 물질 - 여러 가벼운 원소와 물과 같은 물질을 포함 - 이 별로 없는 건조한 천체가 되었습니다. 그리고 대부분의 휘발성 물질은 지구에 풍부한 원소가 되었던 것 같습니다. 따라서 지금 지구에 있는 나트륨이나 아연 등은 사실은 테이아에서 상당수 기원한 것이라는 이야기가 됩니다.
과연 이 모델이 옳은지는 물론 더 검증이 필요하겠지만, 아무튼 지구에 있는 물질들이 여러 천체에서 기원했다는 점은 분명한 사실일 것입니다.
참고
Journal Reference:
- Robin M. Canup, Channon Visscher, Julien Salmon, Bruce Fegley Jr. Lunar volatile depletion due to incomplete accretion within an impact-generated disk. Nature Geoscience, 2015; DOI: 10.1038/ngeo2574
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