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- 낮에는 달 표면이 120도까지 뜨거울 수 있고 밤에는 영하 170도까지 내려가
- 용암 동굴은 에어컨이 완비된 완벽한 피난처, 상온 17도 일정하게 유지
- 붕괴 구멍의 지름은 15~150미터이며 때로는 거대한 동굴로 가는 통로
- 미래의 식민화와 모드 탐사에 적합한 서식지가 될 것

달에 "에어컨이 있는" 동굴이 있다.
달의 용암 튜브는 우주 비행사에게 상온의 피난처를 제공할 수 있다.

달의 용암 동굴은 우주 비행사에게 에어컨이 완비된 완벽한 피난처를 제공할 수 있다. 이 동굴의 온도는 NASA 우주 탐사선 및 모델의 측정 데이터에서 알 수 있듯이 약 17도에서 일정하게 유지될 것이기 때문이다. 그러한 동굴은 방사선과 운석뿐만 아니라 달 표면 온도의 극심한 낮과 밤의 변화로부터 보호할 수 있다. 그들은 달 정거장에 적합한 위치가 될 것이다. 

▲ Mare Tranquilitatis 표면에 있는 이 100미터 너비의 구멍은 달의 용암 동굴로 이어질 수 있다. © NASA/GSFC/Arizona State University

여러 국가에서 가까운 장래에 우주비행사를 달에 보내고 유인 정거장을 설치하기를 원한다. 달 원자재의 상업적 채굴은 이미 계획 중이다. 그러나 이 모든 것을 위해 미래의 달 우주 비행사는 물, 에너지 및 화학 원료 형태의 자원만 필요로 하는 것은 아니다. 방사선, 운석 충돌 및 지구 위성의 극한 온도로부터 보호하는 하우징도 필수적이다. 낮에는 달 표면이 120도까지 뜨거울 수 있고 밤에는 영하 170도까지 내려간다.

용암 동굴과 채광창이 보인다.

미래의 달 정거장에 대한 한 가지 가능한 위치는 용암 동굴이 될 것이다. 한 번 빠르게 흐르는 용암에 의해 만들어진 달의 지하 통로다. 달 탐사선의 이미지는 그러한 용암 튜브가 Oceanus Procellarum과 Mare Tranquilitatis(고요의 바다)를 포함한 여러 곳에 존재할 수 있음을 시사한다. 과학자들은 또한 지구 위성의 극지방에 있는 일부 분화구에서 접근 가능한 동굴 증거를 발견했다.

달 용암 동굴의 징후는 벌레처럼 구불구불한 움푹 들어간 곳이 있으며, 그 중 일부는 길이가 수백 킬로미터이고, 이러한 용암 동굴의 천장이 무너질 때 일반적으로 발생하는 원형 구멍인 몇 개의 "채광창"이 있다. 캘리포니아 대학 로스앤젤레스 캠퍼스의 타일러 호바스(Tyler Horvath)와 그의 동료들은 "달에 최소 16개의 확인된 붕괴 구멍이 용암 흐름 천장에 있을 가능성이 있다"고 말했다. 이 붕괴 구멍의 지름은 15~150미터이며 때로는 거대한 동굴로 가는 통로가 될 수 있다.

▲ 그림 1. 오후 9시 사이에 수행된 모든 채널 6 및 8 밝기 온도 측정의 평균을 사용한 픽셀당 250m 매핑 (a) Mare Tranquillitatis 구덩이와 (b) Mare Ingenii 구덩이의 경우 오전 4시 LST. 색상 막대, x 및 y 차원은 모두 동일하게 크기가 조정되며 컨텍스트에 대한 영역의 LROC NAC 모자이크로 오버레이된다. 삽입 이미지는 Tranquillitatis 구덩이의 경우 LRO NAC M126710873R이고 Ingenii 구덩이의 경우 NAC M171835900L이며 등온성 맵의 따뜻한 중앙 픽셀 내에서 보기를 나타낸다. (출처: 관련논문 그림 1 Thermal and Illumination Environments of Lunar Pits and Caves: Models and Observations From the Diviner Lunar Radiometer Experiment)

고요한 "구덩이"의 온도는?

이러한 달의 "채광창" 중 하나를 사용하여 Horwarth와 그의 팀은 이제 이러한 붕괴 구멍과 인접한 동굴에서 어떤 온도 조건이 우세할 수 있는지 조사했다. 초점은 달의 적도에 가까운 Mare Tranquilitatis의 약 100미터 너비와 100미터 깊이의 구멍에 있었다. 이 원형 구멍의 가장자리는 쉽게 알아볼 수 있는 돌출부를 형성한다. 이는 이 구멍이 동굴 흙이 무너져 생성되었을 수 있음을 나타낸다.

연구를 위해 연구원들은 먼저 NASA의 LRO(Lunar Reconnaissance Orbiter) 달 탐사선에 탑재된 열화상 카메라의 데이터를 평가했다. 반사된 복사 스펙트럼을 사용하여 달 표면의 온도를 측정할 수 있다. 이 측정 데이터와 열전도의 물리적 모델을 기반으로 그들은 오버행 아래와 그 뒤의 동굴에서 얼마나 따뜻하거나 추울 수 있는지 결정했다.

고요한 구덩이는 달에서 가장 뜨거운 곳

분석 결과 이 깊은 붕괴 구멍의 바닥은 열 데이터에서 주변의 달 표면과 크게 다르다. 낮에는 태양에 노출된 구덩이 바닥이 극도로 가열되어 최대 141도까지 올라갈 수 있다. "이 열은 직사광선뿐만 아니라 구덩이 벽과 돌출부의 밑면에서 나오는 열복사에도 기인한다"라고 과학자들은 설명했다.

이것은 달에 비치는 햇빛이 채광창 바닥을 달의 지표면보다 더 뜨겁게 만든다. Horwarth는 "고요한 구덩이는 달에서 가장 뜨거운 곳이 될 수 있다"며 "밤에도 가장 따뜻한 곳이다"라고 말했다. 뜨거워진 암석은 천천히 식어지기 때문이다. 따라서 언뜻 보기에 이 구덩이는 우주 비행사에게 그다지 편안하지 않을 것이다.

동굴은 실온

그러나 구덩이의 돌출부 아래와 인접한 동굴을 들여다보면 상황이 달라진다. 그들의 모델을 기반으로 연구원들은 태양에 직접 노출되지 않은 지역의 온도가 놀라울 정도로 쾌적하고 변동이 거의 없다고 결정했다. "동굴 온도는 약 17도에서 거의 일정할 것이다"라고 Horwarth와 그의 팀은 보고했다. 붕괴에 인접한 동굴이 클수록 이러한 온도는 낮과 밤 주기에서 더 안정적으로 유지된다.

"따라서 이 동굴은 미래의 식민화와 모드 탐사에 적합한 서식지가 될 것이다. 그들은 유해한 방사선, 충격 및 극한의 온도로부터 크게 보호된다"라고 과학자들은 말했다. "그러므로 그러한 구멍과 동굴은 다른 잠재적인 달 기지보다 더 큰 보안을 제공할 수 있다.” 달의 채광창을 더 자세히 탐사하는 것은 가치가 있으며 미래의 달 임무를 위한 좋은 목표가 될 수 있다.
(Geophysical Research Letters, 2022; doi: 10.1029/2022GL099710)
출처: University of California Los Angeles

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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