달은 지구에서 물을 얻는다.

문광주 기자 / 기사승인 : 2022-05-03 10:14:43
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- 태양풍 또한 적어도 일시적으로 물 분자를 생성할 수 있다.
- 약 5일 동안 지속되는 이 월간 이동이 달 표면을 정전기적으로 충전
- 달의 먼지 공중에 뜨게 할 수 있다는 사실 이미 발견
- 일부 자기장 라인이 단락되고 일부 수소 및 산소 이온이 달을 향해 던져진다.

달은 지구에서 물을 얻는다.
자기 꼬리는 수소와 산소 이온을 달로 운반할 수 있다.


달에는 원래 지구의 대기에서 온 물이 있을 수 있다. 지구의 산소와 수소 이온은 달 궤도까지 자기 꼬리에 의해 우주로 운반되기 때문이다. 그런 다음 보름달에 달이 마그네토테일(magnetotail: 지자기(地磁氣) 꼬리, 태양 반대 방향으로 뻗은 지자기권 부분)을 통과할 때 이 물을 형성하는 이온이 달에 쏟아진다. 결국, 연구자들이 보고한 바와 같이 약 3천 ㎦(입방 킬로미터)의 달의 얼음이 이런 식으로 형성됐을 수 있다. 

▲ 달의 극지 분화구에 있는 얼음 침전물(파란색) 외에도 그곳에 숨겨진 공극수가 있을 수 있으며 그 중 상당 부분은 지구에서 온 것 같다. ©NASA


지구의 달은 건조하고 죽은 것처럼 보이지만 물도 있다. 물의 일부는 암석에 묶여 있고, 나머지는 달의 극지방에 얼음처럼 존재한다. 행성 연구자들은 이 물의 상당 부분은 얼음이 풍부한 운석에 의해 달로 옮겨졌다고 가정한다. 수 백만 년에 걸쳐 그림자 속에 영구적으로 존재했던 분화구 지역에 축적될 수 있었다. 태양풍 또한 적어도 일시적으로 물 분자를 생성할 수 있다.

이온 소스로서의 Magnetotail(지자기 꼬리)

프라하에 있는 찰스(Charles) 대학의 군터 클레테취카(Gunther Kletetschka)와 그의 동료들이 보고한 바와 같이 분명히 달에 대한 세 번째 물 공급원이 있다. 그들은 달이 지구 주위를 공전하는 지구의 마그네토테일을 통과할 때 어떤 일이 일어나는지 연구했다. 이전 연구에서는 약 5일 동안 지속되는 이 월간 이동이 달 표면을 정전기적으로 충전하고 달의 먼지를 공중에 뜨게 할 수 있다는 사실을 이미 발견했다.

지구의 마그네토테일에는 태양풍과 지구 자기장의 상호 작용에 의해 지구 상층 대기에서 휩쓸린 이온도 포함되어 있다. Kletetschka의 팀이 모델을 사용하여 결정한 것처럼 달이 지구의 충전된 플라즈마 꼬리를 통과할 때 난기류가 발생한다. 결과적으로 일부 자기장 라인이 단락되고 일부 수소 및 산소 이온이 달을 향해 던져진다.

"달이 지구의 마그네토테일을 통과하는 동안 지구 이온의 자속 밀도는 제곱센티미터 및 초당 21,000~26,000 이온으로 추정됐다"고 연구자들은 보고했다. 

▲ 지구 자기권의 3차원 절단을 보여주는 스케치. 파란색과 흰색 화살표는 산소/수소 이온이 달로 이동하는 메커니즘을 보여주는 이온의 이동 경로다. 화살표가 있는 빨간색 점선은 달이 자기권 꼬리로 이동하는 것을 보여준다. (출처: 관련논문 Distribution of water phase near the poles of the Moon from gravity aspects / Published: 16 March 2022)


달 표면 용 이온 샤워기

이러한 이온 유입으로 인해 달 표면은 보름달 주위에 문자 그대로 충전될 뿐만 아니라 새로운 양의 수소와 산소를 공급받아 새로운 물 분자의 구성 요소가 된다. "그것은 달을 위한 소나기와 같다. 잠재적으로 물을 형성하는 이온의 소나기가 달 표면을 강타한다"고 Kletetschka는 말했다. 달 표면에서 이러한 이온 중 일부는 결합해 물 분자를 형성한다.

이 물 분자의 대부분은 태양풍에 의해 즉시 다시 파괴되거나 우주로 찢겨져 나온다. 그러나 극지방에서는 물이 얼고 일종의 영구 동토층을 형성한다고 팀은 설명했다. 이 미세하게 얇은 얼음 층은 미세 운석의 충돌에 의해 달의 먼지와 혼합되어 표면 아래로 내려올 수 있다. 이 얼음은 그곳에서 잘 보호돼 보존될 수 있다.


달에 있는 3,500㎦(입방킬로미터)의 육지 물

"이 과정이 약 35억 년 동안 진행됐다고 가정하면 이 기간 동안 약 3,500 입방 킬로미터의 육지에서 유래한 물이 달 표토의 구멍에 축적되었을 수 있다"고 Kletetschka와 그의 팀은 기술했다. 이는 북미 오대호 중 두 번째로 큰 휴런호의 물 양과 맞먹는 양이다.

달의 극지방에 있는 이 공극수는 극지 분화구에 눈에 보이는 얼음 침전물로 존재하는 물의 양을 보충할 수 있다. 과학자들은 달의 중력장 측정에 대한 추가 평가에서 이러한 간극수 발생에 해당하는 측정 데이터를 가진 달의 북극과 남극 주변 지역을 확인했다. "따라서 이 지역에는 상당한 양의 물이 포함되어 있을 가능성이 있다"고 팀이 보고했다.

이것은 특히 미래의 유인 달 임무 및 달 정거장과 관련이 있다. 클레테취카는 "NASA는 달 임무의 일환으로 달의 남극에 베이스 캠프를 설치할 계획이다"며 "오래 전에 지구에서 온 물 이온은 우주 비행사의 생명 유지 시스템에 재사용될 수 있다"고 말했다.
(Scientific Reports, 2022, doi: 10.1038/s41598-022-08305-x)
출처: University of Alaska Fairbanks / 알래스카 페어뱅크스 대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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