우주 먼지, 매년 8천 8백톤이 지구 표면에 도달

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-04-12 11:58:56
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(3분 30초 읽기)
- 지구대기로 유입하는 양은 매년 약 1만5000톤
- 이중 대부분 유기분자인 탄소는 약 20-100톤
- 대부분의 먼지는 목성 혜성에서 나온다.

우주 먼지, 비처럼 내린다
매년 혜성과 소행성에서 발생하는 8,800 톤의 먼지가 지구 표면에 도달한다.


우주 먼지 뿌리기 :
매년 약 1만5000 톤의 행성 간 먼지 비가 지구 대기로 유입된다.
남극의 눈 샘플 분석에서 알 수 있듯이 그 중 약 절반이 지구 표면으로 침투한다.
이 미세 알갱이들은 더 큰 운석의 드물게 미치는 영향보다 더 많은 외계 물질을 지구로 가져온다. 약 20~100톤의 탄소(부분적으로 유기 분자 형태)가 매년 지구에 도달하고 있다. 

▲ 콘드라이트(Chondrit)로 만들어진 다공성 행성간 먼지 입자. 우주에서 지구로 흘러 내리는 대부분의 우주 먼지는 보이지 않지만 우리에게 약간의 질량을 가져다 준다. The original uploader was Amara at English Wikipedia.

우리 지구는 우주로부터의 지속적인 폭격에 노출돼 있다.
더 큰 운석의 다소 드문 영향 외에도 행성 간 우주에서 끊임없이 작은 먼지 입자 비가 내리고 있다. 그들 중 일부는 내부 태양계를 통과할 때 꼬리의 잔재를 남기는 혜성에서 왔다. 소행성 충돌이나 인접한 천체의 더 큰 물체가 충돌하는 경우에도 파편들이 방출된다. 흩어져있는 성간 먼지조차도 그들 사이에 있을 수 있다.

세계에서 가장 먼 곳에서 리허설


문제는 지구에 얼마나 많은 우주 먼지 비가 내리고 어떻게 구성되어 있는지 명확하게 결정하기 어렵다는 것이다. 해저, 사막, 얼음 표면 또는 퇴적암에서 발견된 미세 운석에 근거한 추정치가 있다. 그러나 이러한 알갱이들이 한 번 떨어진 기간과 밀도는 더 정확하게 추적할 수 없다.

이것이 바로 파리-사 클레이 대학의 Jean Duprat이 이끄는 연구팀이 세계에서 가장 외진 곳 중 하나에서 체계적인 장기 조사를 수행한 이유다.
그들은 남극 근처의 영구 얼음에서 눈 샘플을 채취했다. Dome C의 Concordia 장소는 남극 고원의 바다에서 멀리 떨어져 있으며 지구상에서 가장 추운 곳에서 멀지 않다.
그곳의 공기는 세계 어느 곳보다 맑아 땅 먼지에 의한 오염이 덜하다. 

▲ 남극 고원의 눈 도랑에서 샘플링하고 있는 모습. © Jean Duprat / Cécile Engrand / CNRS Photothèque

외계 입자 검색

연구를 위해 연구원들은 인간이 존재하기 전에 남극에 퇴적된 층에 침투할 때까지 얼음 지하 수 미터 깊이에 참호를 팠다. 그곳에서 그들은 60리터의 눈 블록 몇 개를 가져다가 스테이션으로 옮기고 멸균 상태에서 샘플을 녹였다. 그들은 필터 시스템을 사용하여 생성된 용융수에서 먼지 입자를 수집했다.

현미경 및 광물 학적 검사를 사용해 과학자들은 외계 기원의 과립을 식별했다.
이러한 미세 운석과 우주 구는 무엇보다도 대기의 마찰열에 의해 둥근 모양으로 인식될 수 있다. 그 결과 눈 샘플에서 발견된 모든 먼지 입자의 절반 이상이 우주에서 나왔다.
▲ 그림 1. 왼쪽 : CONCORDIA 스테이션의 위치 (Dome C, 남극). 중앙 : 돔 C의 트렌치보기 오른쪽 : 미세 운석 추출을 위해 이중 탱크 용융 기에서 녹는 눈 모니터링. 출처: 관련 논문 The micrometeorite flux at Dome C (Antarctica), monitoring the accretion of extraterrestrial dust on Earth

연간 8800 톤의 미세 운석

그러나 결정적인 요소는 Duprat와 그의 팀이 눈의 양과 알갱이의 분포에서 우주 먼지의 유입을 결정했다. 이에 따르면, 연간 평방 미터당 약 7.7 마이크로 그램의 외계 먼지가 남극 대륙이 지역의 얼음에 퇴적되었다. 30~240 마이크로 미터 크기 범위의 입자가 기록되었다.

이것은 지구 전체로 외삽하면 약 5200톤의 녹지 않은 미세 운석과 3600 톤의 유약 구가 우주에서 지구 표면으로 흘러 내리는 것을 의미한다. 총 8800톤의 우주 먼지가 지구에 퇴적된다. 연구진은 “이 추정치는 우주 유입에 상당한 기여를 하는 더 큰 우주 구형을 포함하지 않기 때문에 유입의 하한으로 간주되어야 한다”고 말했다.

외계 탄소원

우주에서 이 보이지 않는 먼지 비는 종종 장관이지만 드문 큰 운석의 폭발과 폭발보다 더 많은 물질을 매년 지구에 가져온다. "이 외계 입자의 대량 유입은 천체 물리학적 관점뿐만 아니라 지구 물리학적 관점에서도 중요하다"고 Duprat과 그의 팀은 설명한다.

구체적으로, 그들은 이 외계 먼지만으로도 연간 20~100 톤의 탄소가 지구에 도달한다고 결정했다. 약 25%는 유기 분자를 포함하여 거의 변하지 않은 탄소 화합물로 구성되어 있다.
이것은 젊은 지구가 우주에서 첫 번째 생명체의 큰 부분을 차지했다는 가정을 뒷받침 할 수 있다. 부분적으로는 더 큰 덩어리의 영향뿐 아니라 끊임없이 흘러내리는 우주 먼지에 기인한다.
▲ 그림 2. CONCORDIA 컬렉션 (SEM 이미지)의 우주 구형 및 용융되지 않은 미세 운석. 왼쪽에서 오른쪽으로 : 유리질 우주 구, 돌이 많은 우주 구, 부분적으로 녹은 (염색성) 미세 운석, 녹지 않은 세립 미세 운석. 출처:관련논문 The micrometeorite flux at Dome C (Antarctica), monitoring the accretion of extraterrestrial dust on Earth

대부분의 먼지는 혜성에서 나온다.

흥미로운 점 :
외계 먼지 비의 상당 부분은 소행성 및 소행성 벨트의 충돌에서 오는 것이 아니라 소위 목성 가족의 단기간 혜성에서 발생한다.
이것들은 태양에서 가장 먼 지점이 목성을 넘어서서 몇 년마다 내부 태양계를 통과하는 궤도를 가지고 있다. 그들의 먼지 꼬리는 우주 먼지의 최대 80%가 지구로 떨어지는 원인이 될 수 있다.
(Earth & Planetary Science Letters, 2021; doi : 10.1016 / j.epsl.2021.116794)
출처 : CNRS

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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