지난 1월 3일 중국국가항천국(CNSA)의 창어 4호가 달에 착륙했습니다. 12시간 후 달 탐사로봇인 위투 2호가 달 뒤편에서 인공물로써는 최초로 바퀴 자국을 남겼습니다.
창어4호는 달 뒤편의 분화구에 착륙해 달이 어떻게 진화했는지 증명할 새로운 증거를 수집하는 임무를 수행합니다. 그리고 그 결과가 지난 5월16일 <Nature>에 발표됐습니다.
달 진화 이론
'달이 어떻게 진화했는가'에 관한 이론은 1970년대에 나왔습니다. 달은 화성 크기 만한 천체가 지구에 충돌하면서 형성된 것으로 추측되는데요. 달이 만들어진 초기에는 용암이 마그마 바다를 이루며 달 표면을 가득 채웠던 것으로 보입니다. 이때 가벼운 광물은 위로 떠오르고 무거운 광물들은 아래로 가라앉았습니다.
이후 달 표면 전체는 현무암(basalt)이 굳으면서 표면을 감싸게 됐고, 현무암의 주요 광물인 사장석이 주를 이루게 됐습니다. 달의 맨틀은 감람석(Olivine)과 휘석(pyroxene)처럼 좀 더 무거운 광물로 이뤄진 철과 마그네슘이 풍부한 알 수 없는 고철질암으로 구성됐습니다.
창어 4호가 착륙한 곳은 달 뒤편의 사우스 폴-에이킨 분지인데요. 사우스 폴-에이킨 분지는 지름이 약 2,500~2,600km로, 중국 영토의 절반 넓이에 해당합니다. 크레이터의 깊이는 12km에 달합니다. 이 넓은 지역 중에서도 창어4호가 착륙한 정확한 지점은 폰 카르만 크레이터란 곳인데요. 사우스 폴-에이킨 분지의 일부입니다. 폭은 180km 크기입니다. 이곳은 달에서 가장 크고 오래된 운석 충돌 지역입니다.
이 지역은 운석이 충돌하면서 달 표면에 균열을 냈고 그 덕분에 달의 맨틀 일부가 밖으로 드러났을 가능성이 있는 곳입니다. 이번 연구의 저자이자 중국과학원 국가천문대(NAOC) 교수인 Li Chunlai은 "달의 맨틀 구성 성분을 이해하는 건 이론처럼 마그마 바다가 과거에 정말 존재했는지 확인하는 데 중요하다"며 "이는 달이 열적 진화 및 마그마 진화를 이해하는 데 도움이 된다"고 밝혔습니다. Li Chunlai 교수에 따르면 달의 진화는 지구의 진화를 이해하는 하나의 창을 제공할 수 있다고 하는데요. 달이 다른 지구형 행성에 비해 그 표면이 상대적으로 본래 그대로 유지되고 있기 때문입니다.
감람석이 나왔다
그동안 궤도 선회 우주선이 사우스 폴-에이킨 분지를 관측한 바에 따르면 이 지역의 표면은 고철질광물(mafic minerals)로 이뤄져 있었으나 이곳에서 시추를 통해 얻은 지질학적 자료가 없었기 때문에 맨틀의 구성 성분에 대해 논란의 여지가 있었습니다.
Li Chunlai 교수 연구팀은 창어 4호가 착륙한 폰 카르만 크레이터에서 분광데이터 샘플을 수집했습니다. 이곳은 과거 운석 충돌로 인해 달 표면이 뚫리면서 맨틀의 물질들이 달 표면 밖으로 나왔을 가능성이 있는 곳인데요. 운이 좋으면 달의 맨틀 물질을 발견할 수도 있습니다.
그런데 연구진은 이곳에서 지구 상부 맨틀을 구성하고 있는 주요 성분인 감람석의 흔적 일부만을 발견했습니다. Li Chunlai 교수는 "사우스 폴-에이킨 분지 내에서 다량의 감람석이 발견되지 않은 것이 난제로 남아 있었다"며 "달의 맨틀에 감람석이 풍부하다는 예측이 틀릴 수 있을까?"라며 의심했는데요.
이후 다행히 크레이터의 더 깊은 곳에서 채취한 샘플을 통해 더 많은 양의 감람석을 발견했습니다. 이에 Li Chunlai 교수는 한 가지 이론을 제시했는데요. 달의 맨틀이 어느 한 가지 광물이 우세하게 구성된 것이 아니라 감람석과 휘석이 균질하게 이뤄졌다는 것입니다.
물론, 이 이론이 완벽하게 검증되기 위해서는 아직 더 많은 자료가 필요합니다. 과학자들이 달의 맨틀 구성 성분을 완전히 이해하기 위해서는 창어 4호가 더 많은 분광 스펙트럼 데이터를 수집해야 하기 때문입니다.
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