달의 탄생. 누구나 달이 처음에 어떻게 만들어 졌는지 궁금했던 적이 있죠? 오늘은 그 질문에 대해 자세히 다뤄보겠습니다.
아직까지는 어느 누구도 달이 어떻게 생성 되었는지에 대해 확실히 말할 수 없지만, 달의 탄생 가설에는 많은 이론이 있어요.
하지만, 아직 과학자들은 달 생성 이론(Moon formation theory) 중, 어느 것이 가장 중요한 지에 대한 합의를 이루진 못했다고 해요.
달의 탄생 가설 (생성 이론)
거대 충돌 (Giant Impact Hypothesis)
달의 탄생 가설 중에 우선 가장 많이 인용되고 과학적 근거를 뒷받침하고 있는 것으로 알려진 것은 거대 충돌 설입니다.
이 가설은 달은 처음에는 지구의 일부분이었다가 외부로부터의 충돌에 의해 떨어져 나가 달이 탄생 하였다는 가설이에요.
1975년 윌리엄 하트먼(William K. Hartmann) 및 도널드 데이비스(Donald R. Davis)에 의해서 처음 제안 된 내용이에요.
약 45억 년 전, 화성 크기의 행성(가설상 ‘테이아(Theia)’)이 초기 지구와 충돌을 했고, 이 때 막대한 양의 파편이 우주로 방출 되어 지구 주위를 돌며 정차 응집하여 달을 형성했다는 가설입니다. NASA 사이트 보기
과학적 근거로는 달의 암석과 지구 맨틀 물질의 산소 동위원소 비율이 매우 유사하다는 점인데요.
달에는 철과 같은 무거운 금속이 거의 없으며, 이는 충돌로 인해 지구의 표면 물질만이 달 형성에 기여했음을 시사하기 때문입니다.
하지만, 한 동안 거대 충돌설은 어디까지나 그럴듯한 가설일 뿐, 테이아가 지구에 충돌한 흔적이나 충돌 후 남긴 잔해와 같은 결정적인 증거는 없었습니다.
그런데, 지난 2023년 캘리포니아 연구진이 지구 지각 2,900 km 아래 맨틀과 핵 경계 부근에 있는 거대한 이질적 암석층이 테이아의 잔해로 보인다는 연구 결과를 국제학술지 ‘네이처’에 발표하면서 이것이 거대 충돌설을 뒷받침 하는 근거로 활용되고 있습니다.
자료를 발표한 위안 박사는 지구의 핵과 맨틀 경계 부근에 있는 두개의 이질적 암석층이 테이아의 잔해일 가능성을 강조했는데요.
‘대규모 저속 지역’(LLVP)이라는 이름의 암석층은 하나는 서아프리카 아래, 다른 하나는 서태평양 아래에 있으며, 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 테이아 맨틀의 10% 이상이 지구의 깊은 맨틀에 묻혀 있을 수 있다고 밝혔습니다.
만일 과거에 ‘테이아’와 초기 지구가 충돌을 했고, 지구의 일부가 지구 바깥으로 떨어져 나가 응집했다면, 달의 탄성 기원이 될 수 있다는 중요한 과학적 논거가 될 수 있는 것이죠.
포획 가설 (Capture Hypothesis)
달이 태양계 초기에 형성된 천체였다가, 지구 중력에 의해 포획되면서 지구의 위성으로서의 달이 되었다는 주장입니다.
20세기 초부터 제안된 내용으로, 화성의 위성인 포보스와 데이모스가 행성에 의해 포획되었다는 사례가 태양계에서 관찰이 되었는데요.
이에 따라 달 역시도 지구 중력에 의해 포획된 사례가 아니냐는 주장입니다.
원래 포획 사설이 달의 탄생 가설 중 주류 학설이었으나, 아폴로 계획을 통해 우주 비행사들이 달에서 가져온 월석이 지구와 구성 성분이 비슷하다는 점이 밝혀지면서, 달의 기원이 외부 천체라는 점을 설명하기 어려운 점이 있습니다.
또한 포획 가능성이 매우 낮다는 점에서도 현실적이지 않습니다.
분열 가설 (Fission Hypothesis)
초기 지구가 아직 녹아 있는 상태였을 때, 많은 방사성 물질들(우라늄, 플루토늄, 라듐 등)이 있었고, 임계질량 이상으로 이 물질들이 뭉치면서 핵분열 반응을 일으키고, 빠른 자전으로 인해 지구의 일부가 떨어져 나가면서 달이 형성되었다고 주장 하는 가설입니다.
태평양에 있던 분지가 지구에서 떨어져 나온 흔적일 가능성임을 제기하는 것인데요.
1879년 찰스 다윈의 아들이기도 한 조지 다윈(George Darwin)이 제안했던 내용으로, 초기 지구의 빠른 회전이 분열 가능성을 제공할 수 있었을 것으로 추정됩니다.
달의 화학적 조성이 지구와 유사하다는 점에서 과학적인 근거가 될 수도 있습니다.
하지만, 현재 지구-달 시스템의 각 운동량으로는 초기 지구의 회전 속도가 설명되지 않고, 태평양 분지가 실제로 달 형성과 관련이 없다는 점에서 반박도 받고 있습니다.
또한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 이 정도 폭발이 일어날 만한 방사성 원소들이 지구에만 모였을 가능성이 너무 낮다는 의견도 제시되었습니다.
공동 형성 가설 (Co-Accretion Hypothesis)
지구와 달이 가스와 먼지 디스크에서 동시에 형성되었다고 주장하는 가설입니다.
19세기 후반에서 20세기 초, 초기 태양계 형성 이론과 함께 제안된 가설인데요.
최초에 지구가 생성되었을 때 달도 함께 형성 되었고, 실제로 가스와 먼지 디스크에서 여러 천체가 동시에 형성될 가능성이 있다는 것도 밝혀졌는데요.
태양계의 다른 행성 및 위성 형성 과정과 유사하다는 점에서 납득하기 쉬운 부분이 있습니다.
그럼에도, 달과 지구의 밀도 차이가 큰 데도 불구하고, 화학적 조성이 유사하다는 점을 설명하기 어렵고, 만일 지구와 달의 기원이 같다면, 달에 철의 핵이 거의 없는 점을 설명하지 못한다는 한계가 있습니다.
달에 대한 기본 정보
달의 자전 주기, 공전 주기
달의 자전 주기는 약 27.321582일, 공전 주기는 약 27.321582일 입니다.
지구와 같이 달의 자전 및 공전 방향도 시계 반대 방향이며, 달 표면에서의 하루의 길이는 29.530589일. 표면 온도는 최저 -233도/최대 123도 입니다.
달과 지구간의 평균 거리
현재 달과 지구 간의 평균 거리는 약 38만 5천 km입니다.
과거엔 지구의 자전 속도가 지금의 3~4배에 달할 정도로 빨라서, 예전에는 달과 지구 거리가 10만 km 이상 가까웠을 것으로 이야기 하고 있습니다.
조석력(Tidal Force)
전체 간 중력의 차이에 의해 발생하는 힘을 조석력 이라고 하는데요.
달이 지구를 끌어 당기면, 지구의 달에 가까운 면은 달과의 거리가 짧아 강한 중력을 받고, 반대쪽 면은 거리가 멀어 약한 중력을 받게 됩니다.
이로 인해, 지구의 양쪽에 서로 반대 방향으로 작용하는 힘의 차이가 발생합니다.
조석력 때문에 지구의 물과 고체 지각을 끌어당겨 변형을 일으키는데요.
특히 바닷물의 변형으로 생기는 것이 조수(Tide) 입니다.
- 밀물(High Tide): 달이 위치한 방향과 그 반대 방향에서 바닷물이 부풀어 오르는 현상
- 썰물(Low Tide): 밀물이 아닌 지역에서는 바닷물이 줄어 드는 현상
조석력으로 인해 바닷물이 움직이면서 지구의 자전 속도가 서서히 느려지고, 하루의 길이가 점차 길어지고요.
또한 지구의 자전 에너지를 달에 전달하여 달의 궤도를 점차 멀어지게 합니다.
달에 설치된 레이저 반사경으로 측정한 결과, 지구와 달은 매년 약 3.8cm씩 달이 지구에서 멀어지고 있습니다.
과거에는 지금보다 훨씬 큰 달을 지구에서 관측 할 수 있었을 것으로 생각 할 수 있겠죠 ?
지구에서 보면, 항상 달의 같은 면만 보게 된다는 것을 아시나요 ?
이것을 조석 고정(Tidal Locking) 현상이라고 하고요. 지구가 자전하고 공전할때, 달도 함께 돌면서 조석력으로 인해 항상 면만 보여주고 있는 겁니다.
오늘은 여기까지 입니다.
다음에 또 다른 컨텐츠로 뵈요.