진공의 달에서 발견된 ‘녹슨 철’의 비밀은?...‘OO OO’이 만든 찰나의 산소

철은 산소와 물을 만나면 붉게 녹이 스는데, 이를 산화 반응이라고 한다. 대기가 없는 진공 상태의 달에서는 원칙적으로 일어날 수 없는 일이다. 그런데 최근 중국의 달 탐사선이 가져온 샘플에서 놀랍게도 ‘녹슨 철’의 흔적이 발견됐다.

중국과학원과 산둥대, 윈난대 공동 연구진은 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’(Science Advances)를 통해 달 표면에서 산화철 광물을 확인했다고 발표했다. 지난 6월 인류 최초로 달 뒷면 샘플 채취에 성공하고 귀환한 무인 탐사선 ‘창어 6호’가 가져온 토양을 정밀 분석한 결과다.

미세한 붉은 알갱이, 헤마이트와 마그헤마이트

연구진이 달 토양에서 찾아낸 것은 헤마이트(적철석)와 마그헤마이트(자철석)다. 이들은 철이 산소와 결합해 만들어지는 대표적인 철 산화물로, 이번에 발견된 것은 마이크로미터(㎛) 단위의 매우 미세한 알갱이 형태였다.

지구처럼 산소가 풍부한 곳에서는 흔한 광물이지만, 대기가 존재하지 않는 달에서, 그것도 태양풍(수소 이온)에 의해 환원 반응이 더 우세한 달 표면에서 산화물이 발견된 것은 이례적인 일이다. 그렇다면 철을 녹슬게 만든 산소는 도대체 어디서 왔을까?

거대 운석 충돌이 만든 ‘찰나의 대기’

연구진은 그 해답을 ‘운석 충돌’에서 찾았다. 단서는 철 산화물이 발견된 암석의 종류에 있었다. 이 광물들은 강한 열과 압력으로 파편들이 뭉쳐진 브레시아(각력암) 내부에서 주로 발견됐다.

연구팀의 분석에 따르면 과거 달 표면에 거대한 운석이 충돌할 때 발생한 막대한 에너지가 생겨났다. 충돌 순간 온도가 섭씨 700~1000도까지 치솟았고, 이 고온이 달의 암석 속에 갇혀 있던 산소 성분을 밖으로 튀어나오게 만들었다는 것이다.

운석 충돌이라는 격변의 순간에 암석이 녹아 일시적으로 산소가 방출되었고, 이 ‘찰나의 산소’가 주변의 철 성분과 빠르게 반응해 녹슨 철을 만들어낸 것이다.

42억 년 전 흔적, 남극 에이켄 분지

창어 6호가 착륙했던 남극 에이켄 분지(South Pole-Aitken Basin)의 지질학적 특성도 이 가설을 뒷받침한다. 달 뒷면 남반구에 위치한 이 거대한 분지는 약 42억 년 전, 태양계 초기 거대 운석 충돌로 형성됐다. 지름 2500㎞, 깊이 8㎞에 달하는 거대한 충돌구는 당시의 충격이 얼마나 엄청났는지를 보여준다.

이번 발견이 ‘달에 생명체가 호흡할 수 있는 대기가 있었다’는 증거는 아니다. 하지만 척박한 진공의 땅 달에서도 운석 충돌과 같은 역동적인 과정을 통해 화학적인 변형이 일어날 수 있음을 시사한다. 연구진은 향후 남극 에이켄 분지에 떨어진 운석의 구체적인 규모와 성분을 규명하기 위해 추가적인 분석과 시뮬레이션을 이어갈 예정이다.

달의 붉은 녹은 42억 년 전, 우주에서 날아온 거대한 방문자가 남긴 뜨거운 입맞춤의 흔적일지 모른다.

류지영 기자