20억년 전, 달에선 마그마가 치솟고 있었다

창어5호가 가져온 표본 분석 결과
아폴로 표본보다 10억년 더 젊어

창어 5호의 착륙지 표면. 중국국가항천국 제공

2020년 12월 중국의 탐사선 창어 5호가 가져온 달 암석의 나이는 19억7천만년인 것으로 밝혀졌다.

이는 1960~1970년대 미국 아폴로 우주선 비행사들과 소련 무인 탐사선 루나가 가져온 것보다 10억년 더 젊은 것으로, 이때까지 달의 화산 활동이 활발했다는 것을 뜻한다. 

창어 5호가 가져온 암석은 총 무게 1.73kg의 현무암으로, 달 북반구 2500km에 걸쳐 있는 ‘폭풍우의 바다’라는 평지에서 채취한 것이다.

중국 과학자들과 함께 암석을 분석한 미 세인트루이스의 워싱턴대 브래드 졸리프 교수는 보도자료를 통해 “아폴로가 수집한 화산암은 모두 30억년 이전의 것이었고, 표본 분석을 통해 알아낸 충돌분화구의 형성 연대는 10억년 미만이었다”며 “창어 5호가 가져온 것은 이 20억년의 간극을 메워주는 완벽한 표본”이라고 말했다. 졸리프 박사는 “방사성 연대 측정 결과 암석의 나이는 약 20억년을 기준으로 앞뒤 5000만년으로 나왔으며, 이는 매우 정확한 결론”이라고 강조했다.

중국과 미국, 호주 등 국제공동연구진은 7일 과학저널 <사이언스>에 발표한 논문에서, 달의 화산 활동은 지구와 마찬가지로 마그마가 지표면을 뚫고 올라와 분출하면서 현무암 바다를 남겼으며, ‘폭풍우의 바다’에서는 거의 2000㎦의 마그마가 분출된 것으로 추정된다고 밝혔다.

창어 5호가 착륙한 ‘폭풍우의 바다’ 위치. 워싱턴대 제공

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20억년 간극 메꿔주는 완벽한 표본

과학저널 <네이처>는 이번 발견은 달을 포함한 태양계 역사와 관련해 중요한 기준점을 제공해준다고 평가했다.

‘폭풍우의 바다’의 정확한 나이를 알아내, 이를 이 지역의 충돌분화구 수와 짝을 지워 놓으면 비슷한 수의 충돌분화구를 갖고 있는 화성 등 다른 행성의 지역 형성 연대도 추론해낼 수 있기 때문이다. 일반적으로 표면에 충돌분화구가 많을수록 형성 연대가 더 오래된 지역이다.

‘충돌분화구 계산’(crater counting)이라는 이름의 이런 방법은 지금까지 아폴로 프로그램에서 수집한 달 표본 연대 측정 자료에만 전적으로 의존해왔다. 그런데 여기에 빠져 있던 10억~30억년 사이의 데이터를 이번에 얻게 된 것이다.

이안 크로포드 런던대 교수(행성과학)는 <네이처>에 “더 많은 기준점을 확보하는 것이 절대적으로 중요하다”며 “이번 논문이 그런 일을 해냈다”고 말했다.

분광기로 촬영한 달 현무암 표면 사진. 중국국가항천국 제공

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화산 활동 원인을 둘러싼 2가지 가설

그러나 ‘폭풍우의 바다’가 형성되던 시기에 화산 활동이 일어난 원인은 불분명하다. 이때는 달이 형성된 지 25억년이 지난 시점으로 달이 식기 시작한 때라서 마그마 양이 크게 줄었을 것으로 추정되기 때문이다.

하나의 가능성은 달 내부에 남아 있는 방사성 우라늄, 토륨, 칼륨이 후기 화산 활동에 필요한 에너지를 제공했을 수 있다는 점이다. 맨체스터대 캐서린 조이 교수(행성과학)는 <네이처>에 “그러나 창어 5호가 가져온 표본에는 방사성 원소가 많지 않다”며 “이 점이 바로 수수께끼”라고 말했다.

또 다른 추정은 지구 중력이 끌어당기는 힘이 달의 마그마 분출 에너지를 제공했을 수 있다는 것이다. 20억년 전 달은 지금보다 지구와 훨씬 더 가까웠다. 당시 지구와 달의 거리는 지금의 절반 정도였을 것으로 추정된다. 따라서 지구 중력 효과가 엄청나게 증폭돼 달 내부에까지 영향을 끼쳤을 수 있다는 것이다. 그러나 이 가설만으로는 지구 중력 효과가 왜 달 전체가 아니라 ‘폭풍우의 바다’ 같은 곳에 국부적으로 작용했는지까지는 설명을 하지 못한다.

이번 연구는 창어 5호가 가져온 달 암석 표본에 대한 첫 분석 결과다. 중국국가항천국은 8일 “지난 7월13개 과학연구기관에 31개 1차 연구용 표본을 배분했다”고 밝혔다.

곽노필 선임기자 [e-mail]