달의 암석에서 나오는 산소 동위원소 값은 달의 형성에 대한 새로운 단서를 제공한다.
지구와 충돌한 원래의 행성은 화학적인 “지구의 쌍둥이”가 아니었다.이 증거는 달 지각과 맨틀 암석에서 산소 동위원소 17-O의 다른 비율로 알 수 있다.

달의 암석을 새로 분석한 연구는 충돌에 대해 새로운 빛을 던져준다.
지구와 충돌한 원래의 행성은 화학적인 “지구의 쌍둥이”가 아니었고, 그 잔해는 주로 내부에 모였다. 이 증거는 달 지각과 맨틀 암석에서 산소 동위원소 17-O의 다른 비율로 알 수 있다.

▲ 달은 지구가 원형과 충돌했을 때 만들어졌다. 그러나 이것은 어디에서 왔으며 잔해는 어디에 있을까? © NASA / JPL-Caltech

우리의 달은 약 45억 년 전에 지구가 화성 크기의 원형 행성 테이아(Theia)와 충돌한 우주 재앙으로 인해 생겨났다. 테아는 완전히 파괴되었다. 충돌의 폐허에서 달이 형성되었으며, 현재의 이론에 따르면 대부분 Theia의 유적으로 구성됐다. 태양계의 모든 천체에는 고유한 동위 원소 사인이 있기 때문에 Theia의 흔적은 달에서 감지할 수 있어야 한다.

동위 원소 값에 관한 수수께끼

달과 지구는 티타늄, 실리콘, 크롬 또는 텅스텐뿐만 아니라 수소와 산소에 대해 거의 동일한 동위 원소값을 가지고 있다. 따라서 일부 행성 연구자들은 Theia가 지구의 화학적으로 쌍둥이이거나 달이 주로 증발된 지구 물질로 구성되어 있다고 추측한다. 이것은 Theia가 어디로 갔는지에 대한 의문을 제기한다.

뉴 멕시코 대학교의 에릭 카노(Erick Cano)와 그의 동료들은 이제 이 질문의 마지막 단계에 도달했다. 이를 위해 산소 동위 원소 17-O의 비율과 관련해 아폴로 암석 샘플을 새로운 분석에 적용했다. 샘플에는 화산 지역뿐만 아니라 마레 지역과 달의 고지대에서 나온 다양한 종류의 암석이 포함되어 있다. 비교를 위해 연구원들은 지구 맨틀에서 다양한 암석의 17-O 값을 결정했다.

달 구각의 화산 유리가 다르다.

모든 조사된 월석(달 암석) 샘플의 평균을 취하면 산소 동위원소 값이 실제로 지구의 값과 거의 정확히 일치한다. Cano와 그의 연구팀은 “달 표본이 17-O 값에서 지구보다 거의 3배나 큰 변동성을 갖는 것이 매우 놀랍다.”고 보고한다. 달 암석의 산소 동위 원소값이 동일하다는 이전의 가정은 정확하지 않다는 의미다. 세부 사항에는 상당한 편차가 있었다.

구체적으로, 연구원들은 티타늄이 풍부한 화성 현무암과 고지대 암석이 화산 유리보다 17-O 비율이 상당히 낮다는 것을 발견했다. 그들이 설명하듯이, 이 화산 유리는 어린 달의 마그마 바다에서 400킬로미터 이상 떨어진 곳에서 나온다. 카노와 그의 동료들은 “우리는 이 유리의 17-O 비율이 달의 맨틀에서 나오는 암석을 대표한다고 가정한다.”고 말했다.

▲ 아폴로 17호가 달에서 가져온 타이탄이 풍부한 암말 현무암. © NASA

충돌 파편의 균질 혼합물이 없음

이것은 두 가지 결론으로 ​​이어진다.
첫째, 적어도 산소 동위 원소와 관련해 달은 지구의 "쌍둥이"가 아니다.
연구원의 설명에 따르면 지각은 지구와 같은 17-O 값이지만 내부는 그렇지 않다.
그들은 이것이 테이아(Theia) 잔해의 많은 부분이 그곳에서 모아진 사실에 기인한다.
카노와 그의 동료들은 “테이아의 동위 원소 구성은 충돌 중에 완전히 균질화되지 않았다.”고 한다.

두 번째 결론 : 새로운 데이터는 달과 지구 사이의 동위 원소 차이가 있음을 시사하기 때문에 원형 행성 테이아는 초기 지구의 “쌍둥이”일 필요가 없다.
연구진은 “태양계 내부의 천체가 태양으로부터 멀어질수록 17-O 값이 더 높은 경향이 있다면 테이아(Theia)는 지구보다 더 외곽에서 기원했을 수 있다”고 말했다.
이를 통해 초기 태양계의 충돌을 쉽게 설명 할 수 있다.

위 내용은 Nature Geoscience 에 실렸다.
Nature Geoscience, 2020; doi : 10.1038 / s41561-020-0550-0

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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