우리는 맑은 날 밤에 하늘에 떠있는 달을 볼 수 있는데, 달은 그만큼 지구와 가까운 천체이기도 합니다. 1969년 최초로 달 착륙에 성공한 후에 수집된 자료들을 통해 달의 지질에 대해서도 밝혀지고 있는데, 오늘은 달의 지질학적 특성을 이해하는데 도움이 되는 크레이터 형성, 암석 분석, 지진 활동에 대해서 살펴보겠습니다.
달의 크레이터 형성 과정과 특성
달의 얼굴이라 할 수 있는 크레이터들은 45억 년에 걸친 우주의 충돌 과정을 담고 있습니다. 이 거대한 흔적들은 소행성과 혜성의 충돌로 형성되었는데, 대기가 없는 달의 특성 때문에 지구와 달리 그 상태가 그대로 보존되어 있습니다. 크레이터 형성의 순간은 실로 장관을 이루는데, 충돌 시 발생하는 에너지는 히로시마 원자폭탄의 수백만 배에 달합니다. 충돌 순간의 온도는 최대 10만 도까지 치솟아 암석을 순식간에 기화시키며, 초음속으로 전파되는 충격파는 주변 지형을 완전히 재구성합니다. 최근 연구에 따르면, 크레이터의 형태는 충돌체의 속도와 각도에 따라 다양한 패턴을 보이는데, 예를 들어 15도 미만의 낮은 각도로 충돌할 경우 타원형 크레이터가 형성됩니다. 특히 재미있는 것은 이중 크레이터인데, 이는 쌍으로 이루어진 소행성의 동시 충돌로 형성됩니다. 크레이터의 깊이와 직경의 비율은 중력에 따라 달라지는데, 달의 크레이터는 지구의 것보다 더 깊고 가파른 것이 특징입니다. 최신 레이저 고도계 측정에 따르면, 신선한 크레이터의 경우 깊이가 직경의 약 1/5에 달하며, 시간이 지날수록 우주 풍화작용으로 인해 얕아집니다. 크레이터 주변에 형성되는 방출물 담요는 마치 꽃잎이 퍼지는 듯한 패턴을 보이는데, 이를 통해 충돌의 방향과 에너지를 추정할 수 있습니다. 최근에는 인공지능을 활용한 크레이터 분석이 시도되고 있어, 수백만 개에 달하는 달의 크레이터를 자동으로 분류하고 연대를 추정하는 연구가 진행 중입니다.
달의 암석 분석의 성과
달의 암석 분석은 태양계의 초기 역사를 푸는 열쇠가 되고 있습니다. 아폴로 미션에서 수집한 382kg의 암석은 과학계에 혁명적 성과를 가져왔는데, 최신 분석 기술의 발달로 이전에는 발견하지 못했던 새로운 사실들이 계속 밝혀지고 있습니다. 달 암석은 크게 어두운 바다의 현무암과 밝은 고지대의 사장암으로 나뉘는데, 각각의 형성 과정과 시기가 다릅니다. 현무암은 30-40억 년 전 달 내부의 마그마가 분출하여 형성된 것으로, 최근 연구에서는 이 암석들 속에서 예상치 못한 양의 물 분자가 발견되어 학계를 놀라게 했습니다. 특히 2020년 이후의 분석에서는 나노미터 크기의 물 포획물이 다수 발견되었는데, 이는 달의 형성 과정에 대한 새로운 이론을 제시하게 했습니다. 고지대의 사장암은 45억 년 전 달이 형성될 때의 마그마 바다가 식으면서 만들어진 것으로, 이 암석들의 동위원소 분석 결과는 달의 거대 충돌 형성설을 강력하게 지지합니다. 최첨단 질량 분석기를 이용한 연구에서는 달 암석의 미량 원소 분포가 지구의 것과 놀랍도록 유사하다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 달이 지구의 일부였다는 가설을 뒷받침하는 것입니다. 특히 관심을 끄는 것은 달 토양 속에서 발견되는 유리질 물질인데, 이는 충돌 시의 극한 압력과 온도로 인해 형성된 것으로, 그 속에는 태양풍 입자들이 보존되어 있어, 이것으로 수십억 년 전 태양의 활동을 알 수 있습니다. 또한 최근에는 달 암석에서 지구에서는 발견되지 않는 새로운 광물들이 발견되고 있습니다.
달의 지진 활동의 특성
달의 지진 활동은 지구와는 전혀 다른 특성을 보여줍니다. 아폴로 미션에서 설치한 지진계 네트워크는 1977년까지 약 12,500회의 달 지진을 기록했는데, 이 데이터는 현재까지도 새로운 분석 방법으로 연구되며 새로운 발견을 하는데 도움이 되고 있습니다. 달 지진은 발생 원인에 따라 네 가지로 분류되는데, 가장 관심을 끄는 것은 심발 지진입니다. 달 중심부 700-1200km 깊이에서 발생하는 이 지진들은 지구와 달의 조석 작용으로 발생하며, 매달 특정 시기에 집중됩니다. 천발 지진은 달의 수축으로 인한 단층 운동 때문에 발생하는데, 최근 연구에 따르면 일부 단층이 현재도 활동적임이 밝혀졌습니다. 특히 주목할 만한 것은 달 지진파의 전파 특성인데, 지구의 지진과 달리 수 시간 동안 지속되는 경우도 있습니다. 이는 달의 내부 구조가 지진파를 매우 효율적으로 전달하기 때문입니다. 충돌에 의한 지진은 운석의 충돌로 발생하는데, 이것을 통해 달 지각의 구조와 두께를 알아낼 수 있습니다. 열적 지진은 극단적인 온도 변화로 인해 발생하며, 달의 낮과 밤의 온도차가 300도에 달하는 것을 고려하면 당연한 현상입니다. 최신 AI 기술을 활용한 지진 데이터 분석에서는 이전에 발견하지 못했던 미세한 지진 신호들이 발견되고 있어, 달의 지진 활동이 생각보다 더 활발할 수 있다는 가능성이 제기되고 있습니다.