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태양계 이야기 1222 - 화성의 위성 데이모스는 과거 다른 소행성과 충돌했다.


 (Images of Deimos compared with numerical simulations. Credit: Nature Astronomy (2026). DOI: 10.1038/s41550-026-02956-w)

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(Effect of material cohesion on crater morphology. Credit: Nature Astronomy (2026). DOI: 10.1038/s41550-026-02956-w)

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화성에는 포보스(Phobos)와 데이모스(Deimos)라는 두 개의 작은 자연 위성이 있습니다. 이 중 더 작고 바깥쪽에 위치한 데이모스는 감자 같은데 약간 타원형이며 남극에 깊은 함몰부가 있습니다. 심하게 긁힌 자국이 있는 자매 위성 포보스와는 달리, 데이모스는 먼지와 자갈로 이루어진 표토층인 레골리스층으로 덮여 있어 더 매끄럽고 먼지가 많은 모습을 보입니다. 그런데 이 표토층과 남극의 함몰부가 어떻게 형성되었는지는 불분명합니다.

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사비나 라두칸 박사(Dr. Sabina Raducan)가 이끄는 코트다쥐르 천문대, 애리조나 대학교, 도쿄 대학교 (Observatoire de la Côte d'Azur, the University of Arizona and the University of Tokyo) 의 국제 과학자팀은 이 미스터리를 풀기 위한 연구를 진행했습니다.

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연구팀은 고해상도 컴퓨터 시뮬레이션인 "베른 평활 입자 유체역학(Bern Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)" 코드를 사용하여 데이모스 남극 부근의 독특한 함몰 지형이 한 번의 소행성 충돌로 형성되었을 가능성이 가장 높다는 것을 밝혀냈습니다. 그리고 이 충돌로 인해 데이모스 표면에 존재하는 표토층도 생성된 것으로 추정됩니다.

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베른 SPH 코드는 소행성, 혜성 또는 행성 간의 충돌을 시뮬레이션하도록 설계되었습니다. 베른 컴퓨터 코드를 사용하면 충돌하는 천체를 수백만 개의 입자로 분해하고, 충돌 시 입자들의 움직임은 중력, 밀도, 물질 강도와 같은 다양한 변수들의 상호작용을 통해 제어됩니다. 이 방법은 나사의 DART 탐사선이 소행성 디모르포스와 충돌하는 것을 시뮬레이션하는 데에도 사용되었습니다 .

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연구팀은 스위스 베른 대학의 고성능 컴퓨터 클러스터를 사용해 수많은 시뮬레이션을 통해 잠재적 충돌체의 크기, 속도, 충돌 각도뿐 아니라 데이모스의 내부 구조까지 다양하게 변화시켰습니다. 약 100번의 시뮬레이션을 수행했는데, 각 시뮬레이션은 약 일주일 정도 걸렸습니다. 연구팀은 이 시뮬레이션 결과를 유럽우주국(ESA)의 헤라 (Hera) 탐사선이 수집한 관측 데이터와 비교했습니다.

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헤라 탐사선은 나사의 DART 탐사선이 디모포스 소행성에 충돌했을 때의 결과를 자세히 연구할 목적으로 비행하던 중 2025년 3월에서 화성에서 플라이 바이를 하면서 데이모스를 근접 촬영할 기회를 얻었습니다. 이때 수집한 정보는 이번 연구에 매우 큰 도움을 줬습니다.

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연구 결과 과학자들은 데이모스 직경 약 320미터의 소행성이 45도 각도로 충돌하여 남극 함몰 지형을 형성했다는 결론을 내렸습니다. 동시에 이 시나리오는 데이모스 전체에 걸쳐 분포하는 얇은 표토층의 존재도 설명합니다. 충돌 당시, 막대한 양의 물질이 표면으로 흩어지면서 기존의 많은 표면 지형을 덮었는데, 일부 지역에서는 200미터가 넘는 깊이까지 덮였습니다.

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지름 12km에 불과한 작은 위성이 파괴되지 않은 비결은 물렁한 내부 구조에 있습니다. 모델과 관측 결과를 비교해 보면 데이모스의 최상층부가 매우 약하고 내부 구조가 다공성이라는 것을 알 수 있습니다. 이로 인해 충격이 오히려 스펀지처럼 흡수되면서 파괴되지 않고 살아남을 수 있었습니다. 대신 막대한 양의 모래와 먼지가 표면을 덮게 된 것으로 보입니다.

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이번 연구를 통해 데이모스의 매끄러운 표면과 남쪽 분지의 생성 원인을 밝혀냈지만, 아직 중요한 연구가 남아 있습니다. 현재 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 2026년 발사 예정인 화성 위성 탐사(MMX) 임무를 준비하고 있습니다. 이 임무의 목표는 화성의 두 위성을 자세히 관측하고 포보스에서 샘플을 채취하여 지구로 가져오는 것입니다.

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MMX 탐사 임무가 성공하면 과학자들은 데이모스와 포보스에 대한 전례 없는 상세한 데이터를 확보할 수 있기 때문에 이 가설을 검증하는 것은 물론이고 이 두 위성의 정확한 기원과 여러 가지 미스터리를 풀 단서를 확보할 수 있게 될 것입니다.

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참고

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S. D. Raducan et al, Deimos's shape and geology explained by a subcatastrophic impact, Nature Astronomy (2026). DOI: 10.1038/s41550-026-02956-w

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https://phys.org/news/2026-08-asteroid-impact-mars-moon-deimos.html

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