달 뒷면 화산 분석…42억 년 전 달도 지구처럼 자기장 가졌던 것

아르테미스 2호 임무가 촬영한 달 뒷면의 모습이 공개되면서, 이 지역의 암석에서 발견된 자기장의 비밀이 과학계를 뜨겁게 달구고 있다.

스위스 취리히연방공대, 독일항공우주센터 우주연구소, 독일 베를린공대 등 국제공동연구팀은 달 뒷면 '듀어' 지역 암석이 띠는 자기장을 분석한 결과를 국제학술지 '사이언스 어드밴시스' 23일(현지시간)자에 발표했다.

과거 달도 자기장을 가진다는 결론

1960~1970년 사이 미국은 '아폴로 계획'을 통해 달에서 약 380kg의 암석 표본을 가져왔다. 그런데 이 암석 표본의 자기장을 분석해보니 강한 자기장이 검출된 표본과 자기장이 거의 검출되지 않는 표본이 혼재돼 있었다.

이처럼 모순된 증거를 보며 학계는 두 갈래로 나뉘었다. 오늘날 지구처럼 과거 달에도 핵이 회전하며 형성된 자기장이 있었다고 주장하는 그룹과, 과거 달에는 자기장이 없었다고 보는 그룹이 대립했다.

달 전체를 감싸는 자기장인 '지오다이나모'가 있었다면, 마그마가 식어 화성암이 될 때 암석이 달 자기장의 영향을 받아 자화됐다고 설명할 수 있다. 그러나 지오다이나모가 없더라도 달에 운석이 충돌하며 주변 암석을 자화시킨 것으로 본다면, 달 암석 표본의 자기장을 설명할 수 있는 대안도 존재했다.

중력·지구화학 데이터로 화산 복합체 확인

연구팀은 아르테미스 2호 임무의 궤도 측정 자료를 분석해 이 수수께끼를 풀어나갔다.

지구에서는 볼 수 없는 달 뒷면 듀어 지역은 다른 지역보다 중력과 자기장이 강하게 나타난다. 지역의 중력 데이터를 분석하면 그 아래 지형이 어떻게 생겼는지 알 수 있다. 연구팀은 중력 자료를 분석해 지하에 주변보다 밀도가 높은 폭 약 60km, 깊이 약 9km에 이르는 암석 덩어리가 존재한다고 밝혔다.

연구팀은 암석 덩어리의 형태와 듀어 지역 지표의 지구화학적 특성을 종합해, 이 암석 덩어리가 지하에서 상승한 마그마가 굳어 만들어진 화산 복합체라는 결론을 내렸다. 이 복합체는 42억 년 전에 형성된 것으로 분석됐다.

지오다이나모 존재 확신, 연구 방법론 확장

듀어 지역은 운석 충돌로 자기장이 만들어질 수 있다고 여겨지는 후보 지역 밖에 위치한다. 연구에 참여한 양시 취리히연방공대 지구행성과학과 연구원은 "듀어 지역의 자기장이 지오다이나모에서 비롯됐다고 거의 확신할 수 있다"고 말했다.

연구팀은 듀어 지역 관측자료를 토대로 과거 달에는 지오다이나모로 형성된 약 10마이크로테슬라(µT) 크기 자기장이 있었던 것으로 분석했다. µT는 100만분의 1T에 해당한다. 연구팀에 따르면 작은 달의 핵이 형성했다고 하기에는 강한 자기장이다.

연구에 참여한 안나 미텔홀츠 취리히연방공대 지구행성과학과 강사는 "이제 질문은 '달에 지오다이나모가 존재했는가'에서 '지오다이나모는 어떻게 작동했는가'로 옮겨갔다"고 말했다.

양 연구원은 "이번 연구에 활용한 방법론은 다른 천체에도 적용해 궤도에서 얻은 데이터만으로 행성 다이나모에 관한 정보를 얻는 데 사용할 수 있다"고 덧붙였다.