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- 달 반구의 눈에 띄는 차이는 달 지질학자의 가장 큰 미스터리 중 하나
- 뒷면은 두껍고 아주 오래된 지각, 마주하는 면은 매우 얇고 어둡고 용암으로 덮여
- 전면의 지각에는 희토류 원소, 칼륨, 인 및 방사성 토륨이 비정상적으로 풍부
- 달 남극에서의 충돌로 인해 앞과 뒷면 차이가 발생

월면의 미스터리가 풀렸다?
달 남극에서 충돌로 인해 전후 차이가 발생했을 수 있다.

달의 재앙:
달 남극의 거대한 충돌 분지와 달 앞면의 이상 현상이 이전에 생각했던 것보다 더 밀접하게 연결되어 있을 수 있다. 현재 연구에서 시사하는 바와 같이 그들은 같은 사건으로 돌아갈 수 있기 때문이다. 연구에 따르면 달의 남극 충돌로 인한 열파는 마그마 흐름을 일으키고 특정 요소를 달의 반대쪽으로 휩쓸고 그곳에서 마레 화산을 촉발했다. 

▲ 달의 남극(아래)에 대한 태고의 충돌은 달 내부 전체에 도달한 열과 마그마 파동을 일으킬 수 있었다. © Matt Jones

달 반구의 눈에 띄는 차이는 달 지질학자의 가장 큰 미스터리 중 하나다. 달의 뒷면은 두껍고 아주 오래된 지각을 가지고 있는 반면, 우리를 마주하고 있는 면은 상당히 얇으며 어둡고 응고된 용암의 마라로 덮여 있다. 또한 전면의 지각에는 희토류 원소, 칼륨, 인 및 방사성 토륨이 비정상적으로 높은 비율로 풍부하다.

달 전선의 KREEP 지형이 어떻게 형성되었고 그곳에서 화산 활동을 촉발시킨 원인은 논란의 여지가 있는 만큼 수수께끼다. 일부 행성 연구자들은 지구의 조석력이 지각의 차이를 일으켰다고 가정하고, 다른 사람들은 그 뒤에서 우리를 향하고 있는 달의 면에 영향을 미칠 것이라고 생각한다.

▲ 달의 뒷면(왼쪽)과 남극-아티켄 분지의 위치에 높은 토륨 수치가 있는 KREEP 지형. © Jones et al./ Science Advances, CC-by-nc 4.0

방아쇠를 당기는 남극 충격?

Brown University의 매트 존스(Matt Jones)와 그의 동료들은 이제 대안적인 설명을 찾았다. 이것의 출발점은 달의 가장 큰 충돌 분화구인 2천km가 넘는 남극-에이트켄 분지였다. 이것은 약 43억 년 전 크기가 약 100km인 소행성이 달의 남극을 쳤을 때 형성됐다. 거의 정확히 KREEP 지형 반대편 지점이다.

"우리는 남극-에이트켄 분지와 같은 큰 충격이 많은 열을 발생시킨다는 것을 알고 있다"며 "문제는 그 열이 달 내부의 역학에 어떻게 영향을 미쳤는가이다"고 말했다. 이를 알아내기 위해 Jones와 그의 팀은 충돌 당시의 달 내부의 지구물리학적 모델을 사용하여 고대 충돌의 영향을 재구성했다.

▲ Fig. 2. SPA 영향의 영향을 보여주는 3D 달 내부 진화 시뮬레이션의 단면. 모든 단면은 북극의 먼 쪽 SPA 분지를 향하고 있다. 달의 핵(내부 흰색 원)은 축척으로 표시되는 반면 지각(짙은 회색 외부 층)은 후처리에서 과장된 두께로 표시된다. (출처: 관련논문 A South Pole–Aitken impact origin of the lunar compositional asymmetry / Science Advances)

반대쪽으로 열이 번쩍임

결과: "우리는 남극 충돌이 수억 년 동안 달 내부의 발달을 형성한 달 맨틀의 열 이상을 유발한다는 것을 발견했다"고 연구원들은 보고했다. 충돌로 인해 달 내부를 통해 반대쪽으로 확산되는 엄청난 열의 급증을 일으켰다. 이 지역은 현재 Maren과 KREEP 지형이 특징인 지역이다.

존스와 그의 동료들은 "이 열 분출은 KREEP과 티타늄이 풍부한 마그마를 휩쓸어 버린 달 맨틀의 전류를 촉발하고 우리를 마주한 달 쪽을 향해 휩쓸었다"고 설명했다. 서퍼가 파도를 따라가듯 광물과 원소들이 이러한 해류를 따랐다. 시뮬레이션에 따르면 남극 충돌과 그에 따른 맨틀 대류로 인한 열은 KREEP 지형과 Mare의 달 현무암에서 풍부한 요소를 설명하기에 충분했을 것이다.

늦은 결과로 인한 마레 화산 활동

이것이 전부가 아니다. 달의 남극에서의 충격은 달의 화산 활동과 암말의 형성을 촉발했을 수도 있다. "당시 모든 그럴듯한 조건에서 이 사건은 또한 달 표면에 열을 발생시키는 요소를 집중시켰다"고 Jones는 말했다. 증가된 맨틀 대류와 방사성 가열의 조합은 수억 년 동안 상부 전면 달 맨틀을 가열했을 수 있다.

그 결과 뜨거운 마그마가 달 표면에서 상승하여 격렬한 분출을 유발할 수 있다. 연구팀은 "우리가 마주하고 있는 달의 측면에서 최초의 마레 현무암은 충돌 후 약 2억 년 후에 분출했고, 암말 화산 활동의 가장 격렬한 단계는 약 5억 년에서 7억 년 후에 뒤따랐다"고 보고했다.

▲ 충돌 시나리오 © Matt Jones

하나의 영향 - 많은 결과

과학자들에 따르면, 이러한 재구성은 남극-에이트켄 분지와 달 전면에 있는 KREEP 지형의 지구 화학적 이상 현상이 밀접하게 연결되어 있음을 보여준다. 둘 다 같은 사건, 즉 거대한 소행성의 충돌에 의해 형성되었을 수 있다. 이것은 달 내부의 전류를 너무 강력하고 지속적으로 변화시켜 달 표면의 추가 개발을 형성했다.

"KREEP 지형이 어떻게 형성되었는지는 확실히 달 탐사에서 가장 중요한 미해결 질문 중 하나다"고 Jones는 말한다. "남극-에이트켄 분지를 만든 영향은 달 역사상 가장 중요한 사건 중 하나다. 우리의 작업은 이제 이 두 가지를 결합하고 매우 흥미로운 결과를 산출하고 있다.” (Science Advances, 2022; doi:10.1126/sciadv.abm8475)
출처: 브라운 대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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