[KISTI과학향기]달 뒷면 착륙한 창어 4호, 달의 기원을 밝힌다

◇창어 4호, 달 뒷면서 맨틀 흔적 발견

인류 역사상 처음으로 달 뒷면에 착륙한 중국의 무인 달 탐사선 '창어 4호'가 지구처럼 달에도 맨틀이 존재할 것이라고 예상되는 증거를 발견했다. 맨틀은 지각 바로 아래에 위치한 암석층으로 핵을 둘러싸고 있다. 이번 연구 결과는 달의 기원과 원시 상태, 그리고 행성의 생성 과정을 이해하는 데 큰 도움이 될 것으로 보인다.

중국과학원(CAS) 리춘라이 박사 연구팀은 창어 4호의 로버(무인 로봇 탐사 차) '위투-2'가 과학 및 근적외선 분광기(VNIS)를 이용해 확보한 데이터를 분석해, 이 같은 결론을 얻었다고 국제학술지 '네이처(Nature)'에 발표했다. 창어 4호가 착륙한 달 남극의 에이트킨 분지에서 칼슘 성분은 적고 철과 마그네슘 성분이 풍부한 휘석과 감람석을 발견했다는 연구다. 연구진은 로버가 수집한 데이터와 일반 달 표면 물질의 성분을 비교 분석해 이 같은 결론을 내렸다.

감람석과 휘석은 맨틀 마그마에서 나오는 광물로, 칼슘 성분은 적고 철과 마그네슘 성분은 많은 것이 특징이다. 휘석은 지구 맨틀 마그마에서도 나온다. 창어 4호가 입증한 감람석과 휘석의 존재는 달에도 맨틀이 존재한다는 사실을 강력하게 입증하는 근거인 셈이다.

달의 지각과 맨틀은 달 진화 초기 단계에 마그마 바다에서 감람석과 휘석처럼 철분과 마그네슘이 풍부한 광물들이 가라앉아 고체화되면서 형성됐다. 지질학자들은 지금까지 큰 충돌에 의해 생긴 달의 충돌구(크레이터)에서 달 맨틀의 흔적을 찾을 것으로 기대해 왔다. 하지만 달 맨틀의 존재 여부를 입증하는 직접적인 증거를 발견한 적은 없었다. 일본의 달 탐사 위성 '가구야'가 달 표면 약 100km 상공에서 촬영한 데이터를 통해 감람석과 휘석의 존재를 간접적으로 짐작할 뿐이었다. 이번에 창어 4호가 수집한 데이터를 통해 연구진은 달의 맨틀이 있다는 흔적을 직접적으로 발견한 셈이다.

달의 맨틀이 있음을 알려주는 휘석의 모습. (출처: shutterstock)

◇달의 기원을 파헤친다

이번 연구 결과로 인류는 달 맨틀의 구조뿐만 아니라 달이 어떻게 만들어졌고 진화했는지 그 기원을 보다 명확하게 연구할 길을 열었다. 지구에서 보이지 않는 달의 뒷면은 원시 달의 모습을 많이 간직하고 있고 운석이나 소행성 충돌의 흔적도 남아 있다. 창어 4호는 탑재체를 통해 토양이나 광물 성분 탐사뿐만 아니라 주파수 탐지, 지하수 탐사, 특정 광물 탐사를 할 수 있다. 창어 4호가 에이트킨 분지를 탐사한 데이터를 종합적으로 분석하며 달의 기원을 좀 더 명확하게 설명할 수 있는 데이터를 얻을 수 있다.

에이트킨 분지는 달의 뒷면에서 가장 큰 충돌구로 지름이 2500km, 깊이는 13km에 달하는 대형 충돌 분화구다. 지질학자들은 약 46억 년 전 지구와 달이 생성된 이후 얼마 지나지 않은 41억 년 전 무렵에 커다란 운석이나 소행성이 달과 충돌하여 에이트킨 분지가 생성되었을 것으로 추정하고 있다. 또 충돌 당시 어마어마한 규모의 충격으로 달 맨틀 상부의 물질들이 달 표면으로 튕겨 나왔을 것으로 추정해왔다.

창어 4호가 착륙한 폰 카르만 충돌구. (출처: 중국과학원 우주기술연구소)

창어 4호는 에이트킨 분지에서도 깊은 곳인 '폰 카르만' 충돌구에 착륙했다. 폰 카르만 충돌구 역시 지름 180km에 이르는 거대한 지역이다. 최근에는 창어 4호가 착륙한 지역에 정식으로 이름이 붙기도 했다. 달 곳곳에는 보통 영문으로 된 유럽식 지역명을 붙여왔지만 이번에는 '스타치오 톈허'라는 라틴어와 중국어로 된 지역명이 부여됐다. 톈허는 중국설화 '견우와 직녀'에서 따온 이름으로 은하수라는 뜻이다. 스타치오(Statio)는 라틴어로 장소를 의미한다.

이외에도 국제천문연맹(IAU)는 달 뒷면 4개 지점의 명칭을 새로 승인했다. 승인된 이름은 즈뉘(織女), 허구(河鼓), 톈진(天津), 몬스 타이(Mons Tai)로 중국문화와 밀접한 관련있다. 즈뉘는 한국말로 직녀, 허구는 견우, 톈진은 은하수 강가에 설치된 나루터를 뜻한다. 창어 4호 착륙지와 46km 떨어진 폰 카르만 충돌구의 중앙 봉우리에는 몬스 타이라는 이름이 붙었는데, 몬스는 라틴어로 산을 뜻하고 타이는 중국의 태산(泰山)을 뜻한다.

◇창어 4호, 우주의 비밀까지 풀 수 있어

이번 연구 결과의 주역인 창어 4호는 지난해 12월 8일 중국 쓰촨성 시창위성발사센터에서 중국의 우주발사체 '창정(롱 마치) 3B'에 실려 우주로 올라갔다. 이후 12월 30일 고도 약 15~100km의 달 궤도에 정상적으로 진입한 뒤 궤도를 따라 달 주위를 돌며 서서히 고도를 낮춰 2019년 1월 3일 세계 최초로 달 뒷면에 성공적으로 안착했다.

지구에서는 늘 달의 같은 면만 보인다. 달의 공전주기와 자전주기가 약 27.3일로 같기 때문이다. 이 때문에 지구와 단절된 달 뒤편에서는 지상과의 교신이 불가능했다. 달 뒷면이 앞면보다 충돌구가 많다는 점도 착륙선을 보내기 어려운 걸림돌이었다. 중국은 달과 지구 사이에 오작교를 의미하는 '췌차오'라는 이름의 통신중계위성을 띄워 이런 문제를 해결했다. 췌차오는 지구에서는 45만5000km, 달에서는 약 6만5000km 떨어진 헤일로 궤도에 안착해 달의 뒷면과 지구를 동시에 바라보며 창어 4호가 달 뒷면에 착륙을 시도할 때 필요한 신호를 중계했다.

창어 4호가 보낸 사진 80장을 합성해 만든 달 뒷면 360도 파노라마 사진. (출처: 중국국가항천국)

창어 4호의 달 뒷면 탐사는 여러 가지 의미를 지닌다. 뒷면에 최근에 형성된 거대한 분화구가 많은 만큼 달의 기원과 진화를 이해하는 데 큰 도움이 된다. 또 달 뒤편에서는 심우주에서 오는 0.1~40MHz 수준의 저주파 전파를 관측할 수 있다. 이렇게 약한 신호의 전파는 대기권에서 반사돼 지구에서는 잘 포착되지 않는다. 달 뒷면에 도착하는 저주파 전파를 분석하면 별의 소멸 과정에서 방출되는 자기장과 별과 별 사이에 있는 다양한 성간물질에 대한 정보를 얻을 수 있다. 달 뒤편에서 창어 4호가 수행하는 저주파 전파 관측을 통해 우주의 비밀을 풀 실마리를 얻을 수도 있다.

글: 김민아 과학칼럼니스트