달은 어떻게 생겨났을까? 달의 탄생에 대한 가설

달은 어떻게 생겨났을까?

달의 탄생 과정

지구의 밤하늘에서 가장 눈에 띄는 천체는 달입니다. 달은 아주 오랜 옛날부터 존재했으며, 인간의 생활과 문화에도 많은 영향을 끼쳤습니다. 오랜 옛날부터 전해 내려오는 신화나 전설에서도 달이 다루어지곤 합니다.

지구와 달은 가까워서 직접 방문하지 않고도 관측할 수 있습니다. 인류는 달을 관측하다가 점점 호기심을 갖기 시작했습니다.

'달은 과연 언제부터 존재했던 것일까?'
'달은 어떻게 만들어졌을까?'

역사적으로 과학자들은 달이 어떻게 만들어졌는지에 대한 가설을 꾸준히 내놓았습니다. 그 가설들은 아폴로 달 탐사를 전과 후로 구분됩니다.

아폴로 임무 연구 이전에는 달이 어떻게 형성되었는지에 대한 세 가지 이론이 있었습니다. 포획 이론, 부착 이론, 분열 이론입니다. 포획 이론은 달이 소행성처럼 태양계의 바깥에서 형성되었고, 지구의 근처를 지나갈 때 지구의 중력에 의해 포획되었다는 가설입니다. 반대로, 부착 이론은 지구가 만들어질 때 달도 함께 형성되었다고 주장합니다. 마지막으로 분열 이론에 따르면 지구가 먼 옛날 너무 빠르게 회전하여 핵분열이 일어나 일부 물질이 부서져서 행성 궤도를 돌기 시작했고, 이것이 달이 되었다고 봅니다.

아폴로 달 탐사 이후, 오늘날 가장 널리 받아 들여지는 가설은 거대 충격 이론입니다. 먼 옛날, 지구에 화성만한 다른 행성이 충돌했는데 그 때 잔해가 지구 궤도에 모여 달이 되었다는 것입니다. 달의 암석과 흙의 구성 물질을 분석한 결과가 이 가설을 뒷받침합니다. 아폴로 임무 중 과학자들은 달에서 1/3톤의 암석과 흙을 가져왔고, 샘플을 분석한 결과 지구와 달의 땅에는 몇 가지 화학적 및 동위 원소 유사성이 있었습니다. 즉, 지구와 달이 서로 역사적으로 연관되어 있다는 뜻입니다. 만약 달이 다른 곳에서 만들어졌고 지구의 중력에 의해 끌어당겨졌다면, 땅의 구성이 지구와 크게 다를 것입니다. 반대로, 달이 지구와 동시에 만들어졌거나 지구에서 떨어져 나갔다면, 달에 있는 광물의 종류와 비율은 지구와 같을 것입니다. 그러나 실제로 달의 땅은 지구와 완전히 같지 않고 약간만 다릅니다. 달의 광물에는 비슷한 지구의 암석보다 물이 적고, 고온에서 빠르게 형성되는 물질이 풍부합니다.ㅊ달에 떨어진 운석 역시 달이 어떻게 형성되었는지 연구하는 데 중요한 데이터가 되었습니다. 달에서 운석은 표면의 모든 곳에 떨어지기 때문에, 아폴로가 가져온 샘플보다 달에 대해 더 많은 정보를 담고 있을 수 있습니다. 아폴로 샘플은 달의 적도에서 가까운 지점에서 가져온 것입니다.

모든 정보를 종합하여 연구한 결과, 달은 지구가 '테이아'라는 초기 원시 행성과 부딪히면서 생겨났다고 합니다. 시작은 약 45억년 전으로 거슬러 올라갑니다. 지구와 달 이전에는 원시 지구와 테이아가 있었습니다. 테이아는 대략 화성 크기만한 행성이었습니다. 어느 시점에서 이 두 행성이 충돌했고, 이 거대한 충돌로 인해 원시 지구의 거의 모든 부분과 테이아가 녹아 하나로 재형성 되었습니다. 떨어져 나온 작은 부분이 회전하여 뭉쳐졌고 지금 우리가 알고 있는 달이 되었습니다.

과학자들은 시뮬레이션을 통해 이 과정을 모델링하고, 테이아의 크기를 바꾸면서 다양한 크기와 충격 각도에서 어떤 일이 발생하는지 테스트하며 가장 유사한 결과를 얻으려고 시도했습니다. 초기 지구와 테이아는 태양계가 형성되는 것과 같은 지역에 있었기 때문에 처음에는 거의 똑같은 성분으로 구성되었습니다. 이는 지구와 달의 구성이 유사한 까닭을 설명합니다. 그러나 달이 지질학적으로 지구와 다른 점은, 달의 표면은 수십억 년동안 변하지 않는다는 사실입니다. 지구는 화산도 있고 대륙의 판이 조금씩 움직이면서 표면이 변하지만, 달의 표면은 변화하지 않습니다. 달의 표면을 관측하면 운석이 충돌한 구덩이가 보이는데, 이 구덩이들은 눈에 띄게 변하지 않고 선명하게 남아 있습니다. 운석에 충돌한 생채기가 아물지 않아 오랫동안 남아있는 것입니다. 이러한 특성 때문에 달을 보면 40억 년 전 지구가 어땠는지 추론할 정보를 얻을 수 있습니다.

지구와 달의 관계

지구에서 달의 존재는 아주 특별합니다. 다른 행성들도 작은 위성을 갖고 있기는 하지만, 우리 달은 거의 화성 크기로 큰 편에 속합니다. 달은 지구의 궤도를 안정시키고 극지 운동을 줄이는 데 도움을 주었습니다. 이것은 지구가 상대적으로 안정적인 기후를 만드는 데 도움이 되었습니다. 실제로 달 외에 지구 주위를 도는 여러 물체가 있을 수 있지만, 그것들은 주로 지구의 중력에 의해 궤도로 이끌려 들어온 물체이며, 주로 소행성입니다. 이들은 달만큼 지구와 중요한 역사를 공유하지 않으며, 지구 궤도에 일시적으로만 존재할 가능성이 높습니다.