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- 달 지각의 깊은 홈은 크기가 500~1,250m에 달하는 여러 덩어리의 분출물로 만들어져
- 첫 번째 발리스 슈뢰딩거 협곡은 깊이가 2.7km, 길이가 270km, 너비가 약 20km
- 깊이 수 킬로미터의 홈을 파는 데 불과 5~15분 걸려, 미국 그랜드 캐년은 5천만 년 걸려
- 2027년 우주인과 로봇 조수가 남극 에이트켄 분지의 암석과 그 아래에 있는 원시 달 지각의 잔해를 더 쉽게 샘플링할 수 있

달에 있는 두 개의 거대 협곡, 단 10분 만에 형성됐다.

달에는 그랜드 캐년보다 더 깊고 더 긴 거대한 협곡이 있다. 지구상의 협곡이 형성되는 데는 수백만 년이 걸리는 반면, 달의 협곡은 단 10분 만에 형성되었다. 달의 협곡인 발리스 슈뢰딩거와 발리스 플랑크는 거대한 충돌의 잔해로 조각되었다. 이 사실은 미래의 달 탐사선의 착륙 지점이 이 협곡 근처에 위치하기 때문에 중요하다. 

▲ 두 개의 큰 달 협곡인 발리스 슈뢰딩거(왼쪽)와 발리스 플랑크(가운데)의 모습. 그 둘 모두 그랜드 캐년보다 더 깊다. © NASASVS, Ernie T. Wright

지구가 높은 산, 험준한 절벽 또는 깊은 협곡과 같은 지형을 가진 유일한 천체가 결코 아니다. 오히려 우리 이웃 행성인 화성은 지구보다 훨씬 더 극단적이다. 예를 들어, 화성은 태양계에서 가장 큰 화산과 가장 깊은 협곡을 가지고 있다. 비교해 보면 달은 지질학적으로 더 균일해 보인다. 거대한 바다, 산, 분화구와 대규모 충격 분지가 있다. 하지만 바람과 물의 침식으로 형성된 전형적인 구조물은 없다.

달에 있는 두 개의 거대한 협곡

그런데도 지질학적으로 뛰어난 곳은 달에도 존재한다. 달의 남극 지역에는 그랜드 캐년을 뒤덮는 두 개의 거대한 협곡이 있다. 두 곳 모두 38억 년 된 충돌 지반인 폭 320km의 슈뢰딩거 분지 근처에 위치해 있다. 첫 번째 협곡인 발리스 슈뢰딩거(Vallis Schrödinger) 협곡은 깊이가 2.7km, 길이가 270km, 너비가 약 20km이다. 두 번째 협곡인 발리스 플랑크(Vallis Planck) 협곡은 깊이가 3.5km에 길이는 약 860km에 달한다.

▲ 지구의 그랜드 캐년과 달의 밸리스 플랑크 협곡을 비교한 사진이다. © David Kring, Danielle Kallenborn and Gareth Collins

이로 인해 달 협곡은 지구의 그랜드 캐년보다 더 깊고, 밸리스 플랑크 협곡은 거의 두 배 더 길다. 하지만 이러한 달 협곡은 어떻게 생겨났을까? 이를 보여주는 첫 번째 증거는 그 위치다. 두 협곡 모두 슈뢰딩거 분지를 향해 직접 흐르고 거기서 공통된 원점에서 만난다. 또한 둘 모두 슈뢰딩거 충돌로 인해 생긴 폭 약 500km의 분출 영역에 위치해 있다. 이는 협곡이 이러한 충돌로 인해 형성되었다는 것을 의미한다.

폭발배출물에 의해 들쑥날쑥한 궤적 생성

휴스턴에 있는 달 및 행성 연구소의 데이비드 크링과 그의 동료들은 이제 두 개의 거대한 달 협곡이 어떻게 형성되었는지 자세히 조사했다. 이를 위해 그들은 NASA의 달 정찰 궤도선 우주선이 보낸 사진을 평가하고 컴퓨터 모델을 사용하여 충돌과 파편 및 분출물의 궤적을 재구성했다.

결과:
두 개의 달 협곡은 실제로 슈뢰딩거 분지를 만든 소행성의 충돌로 인해 만들어졌다. 달 지각의 깊은 홈은 크기가 500~1,250m에 달하는 여러 덩어리의 분출물에 의해 만들어졌다. 연구팀은 이 파편들이 얕은 각도로 주 분화구에서 튀어나온 후 초당 0.95~1.28km의 속도로 달 지각을 긁어냈다고 밝혔다. 이는 시속 3,420~4,408km에 해당한다.

▲ 동영상 스냅샷

10분과 엄청난 에너지

두 개의 달 협곡은 그에 따라 빠르게 형성되었다. 크링과 그의 팀은 충돌 잔해가 달지각에 길이 수백 킬로미터, 깊이 수 킬로미터의 홈을 파는 데 불과 5~15분 밖에 걸리지 않았다는 것을 확인했다. 지질학적 관점에서 보면 이는 눈 깜짝할 새에 일어나는 일이다. 물에 의한 침식으로 형성된 미국의 그랜드 캐년은 불과 10분이 아니라, 협곡의 마지막 부분이 현재 깊이에 도달하는 데 5천만 년 이상이 걸렸다.

두 개의 달 협곡을 만든 운동 에너지도 거대했다. 연구원들이 계산한 바에 따르면, 발리스 슈뢰딩거의 경우 3.39 x 10^20 Joule, 더 긴 발리스 플랑크의 경우 약 1.21 x 10^21 Joule이 필요했다. "이 에너지는 미국, 소련, 중국의 원자폭탄 실험에서 방출된 폭발력보다 700배 더 크고, 전 세계 핵무기 전체의 에너지보다 약 130배 더 크다"고 크링과 그의 동료들의 보고했다.

아르테미스 달 착륙에도 관련됨

새로운 발견은 두 개의 달 협곡과 관련해서만 흥미로운 것이 아니라, 미래의 달 탐사에도 도움이 될 수 있다. 슈뢰딩거 분지는 아폴로 계획이 끝난 후 처음으로 2027년 미국 우주인을 달로 다시 데려올 예정인 아르테미스 임무의 착륙 지점 근처에 위치한다. 따라서 유인 달 착륙의 계획된 탐사 구역에는 슈뢰딩거 충돌의 잔해 구역도 포함된다.

여기서 중요한 점은 최근 분석 결과에 따르면 슈뢰딩거 분지에서 나온 분출물 잔해가 대체로 비대칭적으로 분포되어 있고 계획된 착륙 지점에서 멀리 떨어져 있다는 것이다. "이렇게 하면 우주인과 로봇 조수가 남극 에이트켄 분지의 암석과 그 아래에 있는 원시 달 지각의 잔해를 더 쉽게 샘플링할 수 있을 것이다"고 크링과 그의 팀은 설명했다. 만약 슈뢰딩거 충돌로 인해 파편이 대칭적으로 방출되었다면, 이 바위들은 최대 176m 두께의 파편층으로 뒤덮였을 것이다.

남극-에이트켄 분지는 달에서 가장 크고 깊고 오래된 충돌 지반이므로, 특히 깊은 층의 오래된 달 암석이 바닥에 있을 가능성이 있다. 연구자들은 "남극 에이트켄 분지의 물질은 특히 달 마그마 바다, 행성의 분화, 충돌을 통한 달의 형성에 대한 현재의 가설을 시험하는 데 사용될 수 있다"고 설명했다.
(Nature Communications, 2025; doi: 10.1038/s41467-024-55675-z)
출처: Nature Communications

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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