지난 2010년 10월, 미 항공우주국(NASA) 연구팀이 달의 크레이터(분화구)에 대한 위성 관측자료 분석결과를 발표한 바 있다. 당시 발표된 연구들 중 단연 주목을 받은 것은 달의 극지방에 대량의 물이 존재할 것이라는 내용이었다.
달 탐사위성이었던 ‘달 궤도탐사위성(LRO)’은 그로부터 ‘달 크레이터 탐지위성(LCROSS)’을 분리해 달 표면에 충돌시켰고 그로부터 발생하는 파편과 먼지들을 통해 달 성분을 분석했다.
그 결과 달 극지의 토양이 5.6~5.8%의 수분을 포함하고 있다는 결론이 나왔다. 이는 충돌 지점을 기준으로 깊이 1m, 직경 10km의 표토 층 내에 약 38억L에 해당하는 물이 존재함을 의미하는 것이다.
이것은 달 극지방의 크레이터로 만들어진 지형 때문에 존재하는 것으로 나타났다. 달은 자전주기와 공전주기가 같아 항상 같은 면으로 태양을 바라보고 있기 때문에 그늘진 지역은 지형에 변화가 발생하지 않는 이상 영구히 그늘이 져 있다. 즉, 그곳에 존재하는 얼음들이 녹아 증발하지 않고 존재할 수 있다.
달 표면에 이렇게 대량의 물이 존재한다는 사실은 앞으로 달을 탐사하고 달에 식민지를 건설하는데 그 물들이 매우 유용하게 사용될 수 있기 때문에 많은 주목을 받았다. 그런데 최근의 한 연구 결과는 달의 표면 뿐 아니라 내부에도 물이 존재하고 있음을 말해주고 있어 또 다시 놀라움을 주고 있다.
기존 예상의 100배에 달하는 수분 확인
▲ 아폴로 17호가 촬영한 사진 ⓒNASA
지난 26일, 달 내부에 지구의 맨틀 상부와 비슷한 수준의 물이 존재한다고 스페이스 닷컴과 사이언스 데일리 등이 보도했다. 워싱턴 카네기 연구소의 에릭 하우리 박사와 그가 이끄는 연구진은 1972년 NASA의 아폴로 17호 임무에서 달로부터 지구로 가져온 화산물질 표본을 분석한 결과 그 증거를 발견해냈다.
연구진은 ‘특수 이온 마이크로프로브’라는 전자 빔을 이용한 분석 장치를 사용해 결정 속에 갇혀있는 마그마와 그것이 함유하고 있는 수분에 대해 분석했다. 그 결과 마그마 속 수분 함량은 615~1천410ppm으로 밝혀졌다. 이는 달의 마그마에 대한 이전의 연구에서 추측했던 수분량에 비해 약 100배나 되는 양이다.
또한 연구팀은 수분을 분석해 그것에 포함된 원소들에 대해서도 조사했다. 그 결과 화산물질의 수분은 지구와 비슷한 수준의 염소와 불소, 황을 포함하고 있는 것으로 나타났다.
달의 표면으로부터 약 1마일 정도밖에 안 되는 지하에 이와 같은 수분이 존재한다는 것은 매우 놀라운 일이며 달에 대한 연구는 물론 달의 기원 자체에 대해서도 많은 생각을 하게하는 결과다.
내부 수분 발견, 달 기원에 대해 의문제기
달의 형성에 관해서는 많은 가설이 있지만 그 중에서도 가장 신빙성 있게 받아들여지는 것은 충돌설이다. 초기 지구가 화성 크기의 거대한 천체와 충돌했고 그로부터 떨어져 나온 파편들이 달을 만들게 됐다는 것이다.
그 정도의 거대한 충돌이 있었다면 엄청난 에너지와 고온을 발생시켰을 것이며 이것이 달을 형성하게 된 파편들에게서 거의 모든 수분을 증발시켰을 것이라는 추측이 가능하다. 그런데 이번 연구결과는 이에 대해 의문을 제기하는 것이다.
충돌설로 인한 달의 형성과정에 대해 생각했을 때, 달 내부에 수분이 다량 존재한다는 것은 예상치 못했던 결과이기 때문이다. 연구를 이끈 하우리 박사는 “이번 연구가 ‘달이 거대한 충돌로부터 형성됐다’는 가설에 보완이 필요하다는 것을 말해준다”고 설명했다.
외계탐사 시 표본물질조사 우선적으로 이뤄져야
▲ 아폴로 16호가 달에서 가져온 월석 ⓒAlkivar on en.wikipedia
이번 연구는 또한 지난해 주목받았던 ‘극지방 표면에 존재하는 얼음형태의 물’에 대해서도 의문을 제기했다.
혜성이나 소행성의 충돌로 인해 존재하게 됐다고 여겨지는 이 얼음들이 사실은 달의 내부에서 직접 나온 것이라고 생각할 수도 있기 때문이다. 달이 내부에 수분을 포함하고 있는 만큼 화산활동으로 인해 그 물이 밖으로 뿜어져 나와 얼어붙은 것이라 보는 것이다.
그렇다면 이를 어떻게 확인해야 할까? 달의 화산활동은 대부분 약 32억 년에서 38억년 전에 일어난 것으로 추정된다. 만약 달의 극지방에 존재하는 얼음을 가져와 분석한 결과 그만큼 오래된 것이라면 화산 분출을 통해 생성된 것이 맞는다는 추측을 할 수 있다.
이와 관련해 하우리 박사는 “앞으로 이루어질 태양계탐사미션에서 이번연구에 사용된 것과 같은 표본물질들에 대한 조사가 우선적으로 이뤄져야 하며 그것을 지구로 가져오도록 해야 한다”고 주장한다.
하지만 그것이 쉬운 일은 아니다. 여태 인류가 직접 유인우주선을 착륙시킨 곳은 달이 유일하다. 화성에 로봇 탐사선을 착륙시킨 경우는 있지만 다시 지구로 귀환하는 것이 아니기에 이번처럼 직접적이고 세밀한 분석을 하기엔 한계가 있다.
외계 천체에 탐사선을 착륙시킨 후 다시 지구로 귀환하는 과정은 단순히 위성을 띄우는 과정에 비해 매우 복잡하고 어려운 일이다. 물론 소모되는 에너지도 많기 때문에 경제적으로도 부담스러울 수밖에 없다. 뿐만 아니라 달이 아닌 다른 천체의 경우는 편도 비행만으로도 오랜 시간이 걸리기 때문에 유인우주선을 보내는 것이 아직까지는 힘든 상황이다.
하지만 하우리 박사의 말처럼 외계천체의 표본을 지구로 가져올 수만 있다면 면밀한 분석이 가능하기 때문에 여러 가설의 확인은 물론 달에 대한 많은 연구들이 가능하게 될 것이다. 미래에 우주 탐사의 효율이 높아지고 보다 첨단화된 로봇들을 이용하게 된다면 이런 연구가 가능해질 것이라 기대된다.
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