달의 얼룩과 충돌구는 무엇을 알려 줄까
달의 밝고 어두운 무늬와 수많은 충돌구는 단순한 얼룩이 아니다. 밝은 곳에는 달의 오래된 지각이, 어두운 곳에는 거대한 충돌 뒤 흘러나온 용암이 남아 있다. 비와 바람, 활발한 판 운동이 거의 없는 달에서는 이런 흔적이 쉽게 지워지지 않아 아주 오래전의 사건을 지금도 읽을 수 있다.
달이 완전히 멈춘 세계라는 뜻은 아니다. 표면은 작은 운석에 계속 부딪히고, 내부가 식으며 줄어들어 월진도 일어난다. 오래된 흔적과 지금의 작은 변화가 같은 표면에 함께 있다는 점이 달을 특별한 기록으로 만든다.
왜 달은 늘 거의 같은 면을 보여 줄까
달은 약 27일에 한 번 자전하고, 거의 같은 시간에 지구를 한 바퀴 돈다. 두 주기가 맞아떨어져 한쪽 반구가 계속 지구를 향하는 현상을 조석 고정이라고 한다. 달이 자전하지 않아서 같은 면이 보이는 것이 아니다.
지구에서 보이지 않는 달의 뒷면도 햇빛을 받으며 낮과 밤을 겪는다. `어두운 면`이라는 이름은 실제 밝기를 뜻하지 않는다. 1959년 소련의 Luna 3가 뒷면을 처음 촬영한 뒤, 여러 궤도선이 앞면보다 충돌구가 많고 지각이 두꺼운 뒷면을 자세히 지도화했다.
- 약 38만 4,400km 지구와 달 사이의 평균 거리
- 약 27일 달의 자전 주기이자 지구 공전 주기
- 지구의 약 1/6 달 표면에서 느끼는 중력
- 382kg Apollo 우주비행사들이 가져온 달 암석과 흙
밝은 곳과 어두운 곳은 왜 다를까
달은 약 45억 년 전 초기 지구에 큰 천체가 충돌한 뒤 튀어나온 물질로 만들어졌다는 설명이 가장 널리 지지된다. 막 생긴 달은 대부분 녹아 있었고, 식는 동안 가볍고 밝은 광물이 위로 떠올라 첫 지각을 이루었다. 오늘날 충돌구가 빽빽한 밝은 고지대가 그 오래된 지각의 흔적이다. 충돌의 정확한 과정은 표본과 모형으로 계속 연구하고 있다.
그 뒤 거대한 충돌들이 넓고 낮은 분지를 만들었다. 달 내부에서 올라온 어두운 현무암질 용암이 일부 분지를 채운 뒤 굳어 평원이 되었다. 옛사람들이 물이 고인 곳처럼 보인다고 생각해 `바다`라는 이름을 붙였지만, 달의 바다는 물이 아니라 굳은 용암이다.
달 표면이 오래된 까닭은 아무 일도 없었기 때문이 아니다. 여러 사건의 흔적을 지울 비와 바람이 거의 없었기 때문이다.
과학자들은 달의 시간을 어떻게 알아낼까
충돌구가 많은 지형은 대체로 오래되었고, 충돌구가 적은 용암 평원은 그보다 나중에 표면이 새로 덮였다고 판단할 수 있다. 그러나 사진만으로는 정확한 나이를 알기 어렵다. Apollo의 여섯 착륙 임무가 가져온 2,196개, 총 382kg의 암석과 흙을 실험실에서 측정하면서 달 지형의 나이를 숫자로 연결할 수 있었다.
이 표본들은 지금도 새 장비로 다시 분석된다. 다만 모두 달 앞면의 적도 부근 여섯 지역에서 왔기 때문에 달 전체를 고르게 대표하지는 않는다. 뒷면과 극지에서 새 표본을 가져오면 지금의 시간표가 더 정확해지거나 달라질 수 있다.
- 망원경과 사진 밝은 고지대, 어두운 평원, 충돌구의 분포를 비교한다.
- Apollo 표본 암석의 성분과 나이를 재어 사진 속 지형에 실제 연대를 붙인다.
- Apollo 지진계 눈에 보이지 않는 달 내부와 여러 종류의 월진을 기록했다.
- LRO 궤도선 2009년부터 지형·온도·조성을 반복 측정해 오래된 지도와 현재 변화를 잇는다.
달의 물은 어디에, 어떤 모습으로 존재할까?
달에는 바다나 강이 없지만 물이 전혀 없는 것은 아니다. 관측 장비는 햇빛이 드는 흙 알갱이 안이나 표면에 붙은 적은 양의 물 분자를 확인했다. 달의 극지에는 햇빛이 오랫동안 닿지 않는 깊은 분화구가 있고, 매우 차가운 이 영구음영 지역에서는 물얼음도 확인됐다.
그렇다고 달 전체에 물이 풍부하다는 뜻은 아니다. 물은 위치와 형태에 따라 매우 드물게 흩어져 있고, 얼음이 얼마나 깊이 묻혀 있는지와 실제로 얼마나 이용할 수 있는지는 아직 조사 중이다. `달에 물이 있다`는 말은 먼저 어디에서 어떤 방식으로 확인했는지와 함께 읽어야 한다.
햇빛 드는 곳에서 확인한 희박한 물 분자와 극지의 차가운 그늘에 모인 물얼음은 같은 환경이 아니다. 두 관측을 합쳐 호수나 넓은 얼음판으로 상상하면 안 된다.
달은 지금도 변하고 있을까
달 내부는 오랜 시간 식으며 조금씩 줄어들었다. 지각이 좁아지면서 한쪽 땅이 다른 쪽 위로 밀리는 단층과 낮은 절벽이 생겼다. 과학자들은 달의 지름이 최근 수억 년 동안 약 50m 줄었다고 추정하며, 달이 지금도 천천히 수축할 가능성이 있다고 본다.
월진의 원인은 하나가 아니다. 지구의 중력이 달 내부를 당기거나, 낮과 밤의 큰 온도 차가 표면 암석을 늘였다 줄이거나, 운석이 부딪혀도 진동이 생긴다. 내부 냉각과 수축에 이어 단층이 갑자기 움직일 때도 얕은 월진이 일어난다. 달 사진 속 오래된 충돌구와 젊은 단층을 함께 보면, 달은 과거를 보존하는 동시에 아주 느리게 새 흔적을 더하고 있다는 사실을 알 수 있다.