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태양계 이야기 1044 - 수성은 현재도 수축하고 있다?




 (Perspective view of a lobate scarp on Mercury named Carnegie Rupes, colour-coded according to surface altitude. The crater near the middle is nearly 40 km across. Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington)

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(Lobate scarp, with visible grabens on its crest. Credit: NASA)

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(Global map of shortening structures atop lobate scarps. Triangles = definite. Circles = probable. Credit: D A Rothery, CC BY)

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수성은 과거 수축을 겪었던 지질학적 증거들이 있습니다. 태양계에서 가장 작은 행성이기 때문에 내부가 금방 식으면서 내부가 수축하기 시작했고 이로 인해 지각 표면이 갈라지고 내려 앉은 흔적들이 존재하는 것입니다. 물론 그렇다고 해서 수성이 처음 크기보다 엄청나게 줄어든 것은 아니지만, 처음과 비교하면 현재의 반지름은 7km 정도 줄어든 것으로 생각되고 있습니다.

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영국 오픈 대학의 벤자민 맨 (Ph.D. student at Open University in the U.K., Ben Man)은 나사의 메신저 (Messenger) 탐사선이 2011-2015년 사이 수집한 수성 표면의 지형 데이터를 분석해서 이런 수축에 의한 지각 변화가 최근까지 일어나고 있으며 심지어 현재도 일어날 수 있다는 증거를 발견했습니다.

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현재도 수성의 수축이 일어나더라도 현저히 속도가 느려졌기 때문에 이를 측정을 통해서 알아내기는 어렵습니다. 대신 연구팀은 수축에 의한 지각 변화가 어느 시기에 일어났는지를 검증했습니다.

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연구팀은 메신저 호의 데이터를 통해 수성 표면에 다수 존재하는 급경사면 (scarp)을 분석했습니다. 메신저호는 수성 곳곳에서 수km에 달하는 높이의 큰 급경사면을 다수 찾아냈습니다. 이 급경사면은 충상단층 (thrust fault)에 의한 것으로 지구에서도 흔히 볼 수 있습니다.

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충상단층: https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5145537&cid=61234&categoryId=61234

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그런데 급경사면에 있는 크레이터의 형태를 보면 그 연대도 추정할 수 있습니다. 위의 그림처럼 크레이터가 잘린 급경사면은 크레이터 생성 후 생긴 급경사면이라는 뜻이고 급경사면에 위에 잘리지 않은 크레이터가 있다면 크레이터 이후 생긴 급경사면이라는 이야기입니다. 당연히 크레이터가 많이 잘린 급경사면이 최근의 것입니다. 수성에 이렇게 크레이터가 잘린 급경사면이 많다는 것은 최근에 수축까지 진행되었다는 이야기입니다.

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여기에 더해 연구팀은 지각이 양쪽으로 잡아당겨져 도랑처럼 길게 함몰된 지형인 지구 (graben)의 존재도 다수 확인했습니다. 대부분의 지구 지형은 100m 이내 깊이에 1km 정도 폭을 지니고 있었는데, 대부분 3억 년 이내 생긴 것으로 지질학적 관점에서 비교적 최근에 만들어진 것입니다.

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지구와 지루: https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5750179&cid=61234&categoryId=61234

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이런 점으로 볼 때 지난 30억 년에 걸쳐 수성에는 동일본 대지진과 비슷한 진도 9 정도의 지진 수백 건과 이보다 작은 진도의 지진이 수백만 건이 발생해 현재의 지형을 만든 것으로 보입니다. 그리고 현재는 속도가 상당히 느려졌지만, 여전히 수축이 일어나면서 이에 따른 지질 활동이 일어나는 것으로 보입니다.

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연구팀은 2026년 수성을 탐사할 유럽/일본의 베피콜롬보 (BepiColombo) 탐사선이 더 결정적인 정보를 가져다 줄 것으로 기대하고 있습니다.

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베피콜롬보: https://blog.naver.com/jjy0501/221382417475

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참고

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https://phys.org/news/2023-10-mercury-planet-smaller.html

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Benjamin Man et al, Widespread small grabens consistent with recent tectonism on Mercury, Nature Geoscience (2023). DOI: 10.1038/s41561-023-01281-5

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