세계 최초 ‘달 뒷면 토양’ 연구···성분 분석해보니

달은 지구의 중력에 잠긴 상태로 고정되어 항상 한쪽 면만 지구를 향하고 있다. 우리는 ‘옥토끼’가 있는 쪽을 달의 앞면, 그 반대쪽을 달의 뒷면이라 부른다. 달 뒷면은 분화구가 많아 착륙 위험도 높은 탓에 그동안 달 착륙은 대부분 앞면에서 이뤄졌다. 지금까지 뒷면에 닿은 탐사선은 중국이 보낸 창어 4호와 6호뿐이다.

지난 6월 창어 6호가 세계 최초로 달 뒷면에서 토양을 채취해 지구에 돌아오면서 과학계의 관심이 쏠렸다. 그간 10여 차례 가져온 달 토양은 앞면에 있던 것이었고 이중 미국과 옛 소련이 가져온 샘플은 30억년 전 것이었다. 창어 6호가 달 뒷면 시료 1.9㎏가량 싣고 오면서 과학계는 45억년 전 생성된 달 탄생의 신비와 앞뒷면의 차이도 밝혀낼 수 있을 것으로 기대했다.

​중국과학원 광저우 지구화학 연구소의 제시안 추이와 동료들은 달의 뒷면에서 채취한 암석 샘플을 분석한 결과를 ​11월 15일 ‘사이언스’ 저널에 발표했다.

​연구팀은 샘플의 동위원소와 화학적 구성을 분석해 연대와 출처를 알아냈다. 동위원소는 원자핵에 양성자 수는 같지만 중성자 수는 다른 원자다. 중성자 수는 방사성 붕괴 중 시간이 지나면서 변하므로 동위원소 비율 비교는 연대를 측정하기 좋다.

이 연구에서는 굳어진 용암인 현무암 암석은 28억년 된 것으로 밝혀졌다. 이전 연구에서는 적어도 20억년 전까지 달의 가까운 쪽에서 화산활동을 발견했으며, 새로운 연대는 달의 뒷면에서도 화산활동이 있었다는 걸 보여준다.

​2020년 달의 앞면에 착륙한 창어 5호 탐사선의 샘플에 대한 또 다른 최근 연구에서는 불과 1억 2000만년 전에 달에서 화산이 폭발했을 수 있다는 가능성도 확인됐다.

​연구원들은 또한 현무암을 만든 용암에 포함된 칼륨, 희토류 원소 및 인이 달의 얕은 맨틀에서 나왔다는 사실을 발견했다. 이러한 원소는 달의 앞면 용암에 널리 퍼져 있다.

​연구진은 이 당혹스러운 불균형이 달의 남극 에이트켄 분지를 만든 충돌 분화구 때문일 수 있다고 본다. 달 전체에 울려 퍼질 만큼 큰 충돌은 이러한 원소를 함유한 암석을 재분배했을 수 있으며, 충돌 지점 바로 아래의 맨틀을 녹여 이러한 원소를 고갈시켰을 수 있다.

​원소 불균형은 달의 앞뒤 면이 가진 또 다른 이상한 차이점을 설명할 수 있다. 달 바다 현무암이라고 불리는 거대한 용암류는 달 앞면은 30%를 덮지만 뒷면은 겨우 2%만 덮었을 뿐이다.

연구진은 칼륨과 우라늄과 같이 달 뒷면의 일부 누락된 원소는 방사성이 있으며 붕괴하면서 열을 방출한다고 말한다. 달의 뒷면 아래 맨틀에 이런 물질이 없다는 사실이 녹은 현무암이 없는 이유를 설명할 수 있다.

이광식 과학 칼럼니스트 joand999@naver.com