달 착륙 10대 발견 > 달

올해는 인류가 달에 첫 발을 내디딘 지 40년이 되는 해다.

그 동안 인류는 달에 대해 과연 얼마나 많은 사실을 알아냈을까.
미국항공우주국(NASA)이 인류의 달 착륙을 맞아 정리한 달에서의 10대 발견을 요약했다.

달의 비밀을 풀자, 아폴로 발사

“달이 왜 그 자리에 있게 됐는지 존재 이유를 설명하는 것보다 그 자리에 없어야 하는 이유를 설명하는 것이 훨씬 더 쉽다.”
NASA 과학자 로빈 브렛의 말이다.

그의 말처럼 아폴로 우주선이 달에 착륙하기 전까지 달은 미스터리 그 자체였다.
SF소설가로 유명한 과학자 아이작 아시모프는 달이 우주의 원리에 맞지 않는 천체라고 주장하기도 했다.
달이 위성이라고 하기에는 너무 크다는 것이다.

태양계의 위성들은 대개 반지름이 모행성의 수십분의 일 이하인 경우가 대부분이다.
모행성 대비 위성의 비율이 2번째로 큰 목성의 위성도 목성의 1/8밖에 되지 않는다.
그런데 달은 지구 크기의 1/4이나 된다. 달의 궤도도 미심쩍다.

달이 만약 지구 중력장의 영향을 받는다면 타원형 궤도로 지구 주위를 돌아야 하는데 실제로 달은 거의 원형에 가깝게 공전한다. 이 때문에 1970년대 이전에는 달의 탄생을 놓고 여러 설이 난무했다.
달이 약 45억년 전 지구가 탄생할 당시 주위에 있던 우주먼지 구름에 의해 같이 만들어졌다는 ‘동시 탄생설’, 지구가 형성되던 초기에 지구에서 떨어져 나온 일부가 달이 됐다는 ‘분리설’, 지구 주변을 떠돌던 작은 행성이 지구 중력에 잡혀 달이 됐다는 ‘포획설’이 그것이다.

이런 상황에서 1969년 7월 16일 아폴로 11호가 최초의 인류 달 착륙을 목표로 우주에 발사됐다.
결과는 성공. 아폴로 11호의 우주비행사 닐 암스트롱과 에드윈 알드린은 달 표면에서 2시간을 머물며 암석과 토양 샘플을 채취하고 사진을 찍었다.

암스트롱의 말처럼 “한 인간에게는 보잘것 없는 한 발자국이지만 인류에게는 큰 도약”이었다.
아폴로 11호의 달 착륙 성공 후 1972년 12월 7일 아폴로 17호가 발사될 때까지 4년 동안 7번의 달 탐사가 이뤄졌고, 이 중 6번이 성공했다. 실패한 것은 아폴로 13호 한번 뿐이었다.

하지만 아폴로 13호 역시 사고를 극복하고 무사히 지구로 귀환하면서 우주 비행사들의 위기 대처 능력과 용맹성이 인정돼 ‘성공적인 실패’라는 평가를 받았다.
아폴로 11호와 12호는 인간의 달 착륙 자체가 목표였다. 하지만 아폴로 15호부터는 순전히 과학적인 목적을 위해 달 탐사가 이뤄졌다. 달의 지질과 중력, 자기 탐사 등 달 자체에 대한 연구가 우주비행사의 임무였다.

아폴로 17호의 우주비행사였던 해리슨 슈미트는 이를 위해 전문적인 지질학자로 훈련받기도 했다.
지구와 닮은 듯 닮지 않은 듯 아폴로 우주선들은 총 3백82㎏에 달하는 달 암석을 지구로 날랐다.
달 암석은 현무암, 사장암, 각력암 세종류였다. 1993년 한 경매에서는 0.3g이 채 안되는 달 암석이 다이아몬드 가격의 4배인 40만달러에 낙찰될 정도로 비쌌다.

하지만 달 암석의 진가는 금전적 가치 이상이었다.
과학자들이 달 암석을 분석해 매우 흥미로운 결과를 얻었기 때문이다.
달은 지구와 닮지 않은 듯 닮았다는 것. 여기에는 달과 지구의 탄생 비밀도 담겨 있다.

우선 달 표면은 암석 조각과 먼지로 이뤄진 덩어리로 덮여 있다.
표면은 고르지 않다. 지구와 먼 쪽은 지각이 더 두꺼운데 이는 지구 중력의 영향을 덜 받았기 때문으로 추정된다.
그래서 달은 약간 비대칭이다.

‘고요의 바다’ ‘비의 바다’ 등 바다라고 불리는 곳은 초기에 천문학자들이 마치 물이 말라버린 바다 밑바닥같이 보였기 때문에 붙인 이름일 뿐 달에는 실제로 바다가 없다.
생명체도 없다. 과거에도 현재에도 생명의 흔적이 전혀 없고, 유기화합물조차 없다.

지구와 가장 닮지 않은 부분이다. 하지만 달은 지구처럼 진화한 행성이며 내부 구조도 비슷하다.
다만 달의 밀도는 지구 전체의 밀도보다 작아 지구 맨틀의 밀도와 비슷한데, 과학자들은 이 차이를 달이 자그마한 철 핵을 갖기 때문이라고 설명한다.

지구는 핵이 전체 질량의 30%를 차지하는 반면 달은 3% 이하라는 것이다.
또 달 암석의 산소 동위원소가 지구의 암석과 매우 유사하다. 단지 달은 지구에 비해 대기권과 물을 이루는 휘발성 원소와 철이 상대적으로 훨씬 부족하다는 차이가 있을 뿐이다.

이런 사실들이 밝혀지면서 달의 탄생에 관한 의문도 풀리기 시작했다.
분리설은 달의 핵이 작고 산소 동위원소가 비슷하다는 점을 설명할 수는 있지만 지구가 번개처럼 빨리 자전해야 달이 떨어질 수 있기 때문에 불가능하다.

포획설은 지구와 달의 구성성분의 차이를 설명할 수 있지만 달의 핵이 작고 산소 동위원소가 비슷하다는 점을 설명할 수 없다.
동시 탄생설 역시 지구와 달이 함께 성장하면서 지구는 큰 핵을, 달은 작은 핵을 가진다는 점을 이해시키기 힘들다.
이 때문에 1970년대 중반 이후 대충돌설이 등장했다.

45억년 전 지구가 형성될 때 더 작은 천체가 지구에 충돌하면서 주변에 뿌려진 부스러기에서 달이 탄생했다는 것.
하지만 아직까지 달의 탄생에 대해 정확히 밝혀진 사실은 없다. 물론 그 열쇠는 달의 암석이 쥐고 있다.
현재 지구에서 가장 오래된 암석은 그린랜드에서 발견된 것으로 약 37억년 전 것이다.

달 암석의 경우 아폴로 11호가 가져온 대부분의 암석은 나이가 대략 36억년이었지만, 어둡고 낮은 분지의 암석은 32억년, 밝고 울퉁불퉁한 고지대는 46억년까지 연대가 측정됐다.
달에서 가장 초기의 암석이 지구에서는 가장 오래된 암석과 연대가 비슷한 것이다.

과학자들은 이 때문에 달과 지구의 초기 생성과정의 해답을 달이 갖고 있다고 생각한다.
지구의 표면은 판구조와 침식 등 역동적 지질구조로 인해 오래된 표면이 끊임없이 교체되고 있지만 달 표면은 거의 변동이 없기 때문이다.

또 달은 태양계의 모든 지구형 행성에 공통적인 초기 10억년의 역사를 보존하고 있어 달 암석의 연대를 계산하면 수성이나 금성, 화성 등 태양계 행성의 지질학적 진화 연대를 밝힐 수 있을 것으로 기대된다.
태양계 생성의 비밀이 달의 손에 놓인 것이다.

아폴로가 밝혀낸 달의 비밀 10가지 요약

1 달은 태초부터 존재하지 않았으며 내부 구조가 지구와 비슷하게 진화한 행성이다.

2 달에는 태양계 생성 초기 10억년의 역사가 보존돼 있어 수성, 금성 등 행성의 지질학적 진화연대를 밝혀줄
열쇠를 갖고 있다.

3 달에서 가장 초기 암석은 지구에서 가장 오래된 암석과 연대가 비슷하다.
이 때문에 달과 지구의 생성과정에 영향을 미친 요인은 달에서만 찾을 수 있다.

4 달과 지구의 암석은 유사한 산소 동위원소로 이뤄져 있어 발생과정에 연관성이 있음을 알 수 있다.

5 달에는 과거에도 현재에도 생명체가 존재한 적이 없다.

6 달의 모든 암석은 물이 없는 상태에서 고온의 생성과정을 거친 현무암, 사장암, 각력암 세종류다.

7 발생 초기 달은 엄청난 깊이의 마그마 대양을 형성했다.

8 달의 마그마 대양은 거대한 소행성들이 연속적으로 충돌한 후 나타났으며 나중에 용암으로 채워진 분지를
형성했다.

9 지구의 중력으로 지구와 먼 쪽의 지각이 더 두꺼워 달은 약간 비대칭이다.

10 달 표면은 암석과 먼지로 덮여있다.
(이현경 동아사이언스 기자)