'달(Moon)'에 대한 흥미로운 이야기 1편-달은 어떻게 만들어졌을까?

달은 어떻게 만들어졌을까: 충돌설부터 ‘잃어버린 역사’까지

 

인류가 밤하늘을 바라보기 시작한 순간부터, 달은 늘 가장 가까이 있으면서도 가장 설명하기 어려운 천체였다. 거대한 충돌로 탄생했다는 설부터, 달 내부 구조의 이상한 특징들까지. 실제로 달의 기원은 지금도 여러 단서가 모자라 완전한 결론에 도달하지 못한 상태다. 이 글에서는 현재 과학이 가지고 있는 가장 유력한 가설들과, 그 과정에서 드러난 흥미로운 수수께끼들을 차근차근 살펴보려 한다.

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1. 달 기원설의 출발점: 왜 이렇게 많은 가설이 있었을까

달의 기원 연구는 생각보다 험난했다. 20세기 중반까지만 해도 달이 지구의 일부분이 떨어져 나갔다는 분열설, 달이 원래 돌고 있던 천체였다가 지구 중력에 포획됐다는 포획설, 태양계 형성 초기부터 지구와 함께 생겨났다는 공생설 등이 뒤섞여 있었다. 그만큼 결정적 증거가 부족했고, 어느 가설도 모든 데이터를 설명하지 못했다.

달은 크기에 비해 밀도가 매우 낮고, 철과 니켈 같은 무거운 원소가 적다. 내부층 분화도 지구와 꽤 다르다. 이 구조적 특징들을 자연스럽게 설명할만한 가설을 찾기 어려웠고, 기존 이론들은 대부분 중요한 부분에서 모순을 드러냈다. 결국 연구자들은 기존 패러다임을 깨는 새로운 관점을 모색해야 했다.

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2. 현재 정설로 굳어진 ‘거대충돌설’

1970년대 이후 본격적으로 존재감을 갖게 된 가설이 바로 거대충돌설(Giant Impact Hypothesis)이다. 초기 태양계에서 지구 크기의 원시 행성 ‘테이아(Theia)’가 지구와 비스듬하게 충돌하고, 그 파편 일부가 지구 주위를 돌다가 뭉쳐 현재의 달이 되었다는 시나리오다. 이 이론이 빠르게 힘을 얻은 데에는 두 가지 이유가 있다.

• 첫째, 달이 왜 금속 핵이 작은지 자연스럽게 설명된다.

충돌 과정에서 무거운 원소는 대부분 지구 쪽으로 떨어져 합쳐졌고, 상대적으로 가벼운 물질들이 우주로 튀어 나갔다.

• 둘째, 달의 산소 동위원소 비율이 지구와 매우 흡사하다는 관측 결과와도 잘 맞는다.

이는 달이 전혀 다른 곳에서 날아온 천체라기보다, 지구에서 유래한 물질을 많이 공유하고 있다는 뜻이다.

물론 거대충돌설 역시 완벽한 모델은 아니다. 충돌 각도, 테이아의 구성, 잔해가 응축되는 과정 등 세부 조건은 아직도 시뮬레이션마다 차이를 보인다. 하지만 현재까지 축적된 데이터를 가장 종합적으로 설명하는 가설이라는 점은 확실하다.

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3. 아폴로 샘플이 던진 새로운 질문들

아폴로 탐사 이후 달에서 가져온 암석 샘플들은 달 기원 연구의 판도를 바꿔놓았다. 놀라운 점은, 달 암석 중 일부가 지구 지각과 구성 비율이 거의 동일하다는 사실이었다. 단순히 두 천체가 근처에서 생겨났다는 차원을 넘어, 지구의 일부분이 달을 형성하는 데 직접적인 재료로 쓰였을 가능성을 보여준다.

하지만 한편으로, 달 암석은 극도로 건조했다. 물 분자가 거의 남아 있지 않았다. 이는 강력한 충돌 과정에서 대부분의 가벼운 성분이 날아갔다는 거대충돌 모델과 일치하지만, 샘플 전체 분포와 온도 조건이 완전히 들어맞지는 않는다. 연구자들이 지금도 시뮬레이션을 바꾸고 변수를 조정하는 이유가 여기에 있다.

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4. 달 내부 구조의 수수께끼

최근 중력 데이터 시각화와 내부 구조 분석 기술이 발전하면서, 달 내부에도 흥미로운 미스터리가 드러났다.

• 비정상적으로 얕은 핵
  달의 핵은 지름이 약 500km 내외로 추정되며, 지구 크기에 비해 지나치게 작다. 가벼운 물질이 많아 핵이 충분히 성장하지 못한 결과로 보이지만, 정확한 형성 시점은 논쟁 중이다.
• 매우 두꺼운 지각층
  지구보다 훨씬 두꺼운 지각은 달이 빠르게 식었음을 의미한다. 충돌 이후 잔해가 금방 식어버렸다는 주장과, 빨리 식지 않았다는 주장 사이에서 아직 확실한 결론이 나오지 않았다.
• 달 뒷면의 유난히 두꺼운 고지대
  달 뒷면과 앞면이 왜 이렇게 극단적으로 다른지도 아직 명확히 설명되지 않았다. 충돌 이후 파편의 분포 차이, 조석 효과, 지구 방사열의 영향 등 다양한 모델이 제시되지만 정답은 없다.

이 수수께끼들은 달의 기원뿐 아니라 초기 지구의 환경을 이해하는 데도 매우 중요한 열쇠다.

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5. 달의 ‘잃어버린 역사’를 밝히는 미래 탐사들

앞으로의 탐사 계획은 달 기원 연구의 새로운 전기를 마련할 것으로 기대된다.

• 아르테미스 프로그램은 달 남극의 얼음을 확보해 물의 기원을 추적하려 한다. 이는 과거 충돌 시나리오와 얼음 축적 과정을 해석하는 데 중요하다.
• 루나 게이트웨이는 달 궤도에 상주하는 연구 플랫폼으로, 달의 중력 변화, 내부 구조, 미세 지진 등 더 정밀한 데이터를 수집할 예정이다.
• 각국이 추진 중인 드릴링 로버는 달 지각 깊은 곳의 연대와 성분을 직접 조사할 수 있게 하여, 충돌 직후 냉각 과정에 대한 정보를 제공하게 된다.

결국 달 연구는 단순히 달에 대한 호기심을 넘어, 태양계 형성과 지구 초기 역사를 복원하는 작업과도 연결된다. 달은 말 그대로 지구가 잃어버린 과거를 보관하고 있는 ‘기억 저장소’에 가깝다.

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마무리

달이 어떻게 태어났는지는 아직 완전히 풀리지 않았지만, 거대충돌이라는 극적인 사건이 기원에 깊이 관여했다는 점은 점점 더 확고해지고 있다. 그리고 곧 다가올 새로운 탐사들은 그동안 남아 있던 조각들을 하나씩 맞추며, 우리가 모르는 지구와 달의 과거를 다시 그려낼 것이다. 달은 결코 단순한 위성이 아니다. 인류가 앞으로 풀어야 할 거대한 우주사의 첫 장을 품고 있는 하나의 기록 매체에 가깝다.