(Images of Deimos compared with numerical simulations. Credit: Nature Astronomy (2026). DOI: 10.1038/s41550-026-02956-w)
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.
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.
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.
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 .
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.
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.
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.
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.
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.
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.
참고
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
https://phys.org/news/2026-08-asteroid-impact-mars-moon-deimos.html
댓글
댓글 쓰기