토성의 위성, 달 형성과정 최대 수수께끼 풀렸다?

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토성의 위성, 달 형성과정 최대 수수께끼 풀렸다?

토성의 위성이 약 63개로 알려진 가운데 달의 형성과정 가설 `거대 충동설`을 뒷받침하는 연구결과가 눈길을 모은다.

지난 8일 (현지시각) 이스라엘 테크니온 공대와 프랑스 국립과학연구소(CNRS) 공동연구진은 과학학술지 `네이처`에 발표한 논문에서 "태양계 형성 초기의 모습을 컴퓨터로 시뮬레이션한 결과 원시지구와 충돌한 행성은 원래 지구와 유사한 성분이었고, 그 때문에 현재 지구와 달의 성분이 비슷한 것으로 추정된다"고 밝혀 눈길을 끌었다.

달의 탄생에 대한 학설에는 지구를 형성하고 남은 소행성들이 지구 주변에서 서로 뭉쳐 만들어졌다는 `집적설`, 지구의 일부가 떨어져나갔다는 `분열설` 등이 있었지만, 이들 이론은 현재 지구와 달의 운동을 설명하지 못했다.

이 때문에 1946년 미국 하버드대의 레저널드 댈리가 제안한 거대 충돌설이 현재 가장 유력하게 받아들여지던 상황, `거대 충돌설`은 45억년에 뜨거운 마그마가 끓고 있던 원시지구가 자신의 절반 정도 크기인 행성 `테이아(Theia)`와 충돌해 산산히 부서지면서 테이아의 일부는 지구로 흡수되고 나머지 파편과 먼지가 서서히 뭉쳐 달이 됐다는 가설이다.

하지만 이 시나리오는 달에서 가져온 암석 성분을 분석하면서 큰 벽에 부딪혔다. 달 구성성분의 산소 등의 동위원소 분석결과 지구와 구성성분이 매우 비슷하다고 드러난 것.

태양계 행성들의 구성성분이 상당히 큰 차이를 보이는 점과 달의 성분 대부분이 지구가 아닌 충돌체에서 온 점을 고려할 때, 지구와 달 성분이 매우 비슷하다는 것은 설명되지 않았다.

거대 충돌설이 맞다면 원시지구에 충돌했던 테이아 역시 지구와는 산소 동위원소 비율이 달랐을 것이고, 테이아의 파편으로 만들어진 달 역시 산소 동위원소 비율이 지구와 달라야 한다.

이스라엘·프랑스 연구팀은 이 수수께끼를 풀기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 태양계 형성 초기의 모습을 재현, 독자적으로 형성된 두 행성이 유사한 성분으로 만들어질 가능성을 분석했다.

연구팀은 "기존에는 컴퓨터 계산능력의 한계로 일부 초기 행성의 움직임만 재현할 수 있었지만, 우리는 초기 태양계에서 일어날 수 있는 모든 상황을 대입해 시뮬레이션했다"고 설명했다.

그 결과 원시지구와 테이아가 충돌하는 시기에 두 행성이 비슷한 구성성분을 가졌을 가능성이 있는 것으로 밝혀졌다.

연구팀의 시뮬레이션에 따르면 비슷한 궤도에 있는 초기 행성들은 서로 충돌하고 합쳐지는 과정이 지속적으로 일어났고, 45억년 전 충돌 당시의 지구와 테이아 역시 주변의 조그마한 행성이나 소행성들과 충돌하고 합쳐지는 과정을 숱하게 겪은 후였기 때문에 태생적으로는 산소 동위원소 비중이 달랐더라도, 다른 천체와 각기 섞이는 과정에서 구성성분이 점차 비슷해졌다는 결과를 얻을 수 있었다.

연구진은 논문을 통해 "이 연구결과는 `지구와 달의 구성성분이 왜 다른 태양계 천체들처럼 큰 차이를 보이지 않는가`라는 의문에 답을 주는 것일 수 있다. 이런 원시 구성성분의 유사성은 달이 거대한 충돌로 생성됐다는 이론에 대한 주요 걸림돌을 제거해 줄 것"이라고 말했다.