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달은 언제부터 있었을까?
처음부터 지구와 함께 있었을까?
달의 기원을 설명하는 몇 가지 가설이 있다.
분열설 : 1878년 조지 다윈(찰스 다윈의 차남)이 제안했다. 태양계 형성 초기 원시 지구가 너무 빠르게 회전해 일부가 찢겨나가 달이 되었다.
포획설 : 지구와 별개로 있던 천체가 지구와 근접한 순간, 지구 중력에 이끌려 위성이 되었다.
충돌설 : 원시 지구와 화성 정도 질량의 천체, ‘테이아’가 충돌해 지구와 달이 만들어졌다.
조지 하워드 다윈(George Howard Darwin, 1845년~1912년), Image Credit : Wikimedia Commons
이 가운데 가장 폭넓은 지지를 받는 건 충돌설(or 거대충돌 가설Big Splash)이다.
1975년 윌리엄 케니스 하트먼과 도널드 R. 데이비스가 처음 발표하고, 이후 많은 과학자들이 컴퓨터 시뮬레이션을 해보았다.
변수가 많아 사람이 일일이 계산하기는 거의 불가능
원시 지구와 테이아의 질량, 원소 비율, 서로의 상대속도, 충돌 각도 등 여러 초기 조건을 다양하게 수천, 수만 번 입력해 충돌 결과가 어떻게 나오는지를 확인한다.
어떤 모델은 지금과 상당히 흡사한 지구와 달을 만들어낸다.
<어떤 모델 예시>
- 태양계가 형성되고 수천만년 정도 지났을 때 ‘테이아’가 원시 지구의 뒤를 쫓는다.
- 거리가 점차 가까워지다 어느 순간 지구에 비스듬한 각도로 충돌한다.
지구 역사상 가장 큰 충돌!
- 충돌로 테이아는 산산이 조각나 증발하고, 지구 역시, 충돌한 곳의 지각과 멘틀이 하늘로 솟구쳐 증발한다.
- 증발한 잔재들은 서로 뒤섞여 백여년 간 뭉쳐 하나의 천체가 된다.
지구 궤도를 따라 46억년 간 지구를 도는 위성, 달의 탄생이다.
충돌설은 달과 지구의 동위원소 비율이 같은 이유를 설명할 수 있다. 동위원소는 양성자 수는 같지만 중성자 수가 다른 경우를 말한다.
예를 들어 산소 원자핵은 양성자 8개와 중성자 8개(산소-16)로 이루어지는데 가끔 중성자가 9개(산소-17)나 10개(산소-18)인 경우도 있다.
산소-17 & 산소-18 : 우리도 산소
Image Credit : http://marketbusinessnews.com/earth-and-moon-created-from-head-on-collision-with-theia/122800
지구에 떨어진 운석을 조사해보면 동위원소 비율이 지구와 같지 않고 제각각이다. 그런데 아폴로 탐사선이 가져온 달 암석의 동위원소 비율은 지구와 같다. 지구와 달이 같은 데서 왔을 가능성이 높다는 의미다.
그러나 아직까지 해결되지 않은 의문도 남아 있어.
비스듬히 충돌한 경우, 달은 대부분 테이아의 잔해로 형성되어 지구와는 다른 구성을 보여야 한다. 실제로는 그렇지 않다. 그래서 2016년에는 '비스듬한 충돌'이 아니라 '정면 충돌' 가능성을 제기한 연구 결과도 발표됐다.
아직 달의 기원은 미스테리 속에 있다. 남아 있는 몇 개의 그림 조각만으로 우리는 수십억년 전의 장면을 그려야 한다.
Image Credit : Wikimedia Commons
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