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.