달은 어디에서 왔을까?

인간의 천문학 연구 역사를 통틀어 가장 친숙하고 연구된 천체 중 하나는 달입니다. 달은 많은 문화권에서 신비로운 상징으로 여겨지며, 이 행성의 시적인 아름다움, 마법, 힘에 대한 많은 이야기가 전해져 왔습니다.

달은 가장 큰 위성이며 지구와 가장 가깝게 연결되어 있습니다. 지금까지 12명이 이 자연 위성에 대해 알아보기 위해 달에 발을 디뎠습니다. 그렇다면 우리는 어떻게 달에 대해 알게 되었을까? 이 행성의 기원과 형성은 무엇인가?

달의 기원

달이 어떻게 생성되었는지에 관해 수천 년간의 연구와 관찰에도 불구하고 인류는 아직도 느슨한 이론만을 가지고 있을 뿐입니다. 달의 기원에 대한 널리 받아들여진 가설을 살펴보겠습니다.

달과 지구는 함께 형성되었습니다

이 이론은 달과 지구가 원시 강착 원반에서 동시에 형성되었다고 가정합니다. 강착 원반은 천체를 둘러싼 원반 모양의 가스, 플라스마, 먼지 또는 입자로 이루어져 있으며 점차 안쪽으로 붕괴되는 흐름입니다. 이는 두 천체 사이의 지질학적 유사성을 설명하는 데 도움이 될 것입니다. 예를 들어, 달의 산소 동위원소 비율은 지구와 동일한 것으로 보입니다.

구름 속의 가스가 물질로 응축되고, 파편은 한 물체나 다른 물체에 끌려 붙습니다. 지구는 우연히 더 많은 물질을 끌어당기고 그로 인해 질량이 증가합니다. 두 천체 중 지구의 질량으로 인해 지배적인 중력이 생겨났고, 달이 지구를 공전하기 시작했습니다. 그러나 비평가들은 이 이론이 현재 지구 주위를 도는 달의 각운동량을 설명하지 못한다고 지적합니다.

지구의 핵분열로 달이 탄생하다

초기 달 형성 이론 중 하나(특히 자연주의자 찰스 다윈의 아들이자 영국의 천문학자인 조지 다윈 경의 이론)에 따르면, 지구가 한때 너무 빨리 회전해서 표면에서 덩어리진 물질이 날아갔을 것으로 생각됩니다. 이 물질은 달에 응축되었을 것으로 생각됩니다.

핵분열 이론은 지구와 달의 맨틀 구성이 비슷하기 때문에 설득력 있는 것처럼 보였지만, 회전하는 원시 지구가 적절한 원시 달 유형을 만들어내는 데 필요한 속성의 올바른 조합을 아무도 발견하지 못하면서 시간이 지나면서 실패했습니다.

더 구체적으로 말하면, 과학자들은 지구가 스스로의 물질을 조각낼 만큼 빠르게 회전할 수 있다고 믿지 않습니다. 게다가 천문학자들은 지금까지 지구나 달에서 그러한 빠른 회전 현상이 일어났다는 증거를 발견하지 못했습니다.

지구는 궤도를 따라 지나가는 달을 '잡는다'

세 번째로 널리 받아들여진 가설은 달이 태양계의 다른 곳에서 형성되었지만 지구 중력의 영향을 받지 않는다는 것입니다. 일부 과학자들은 달이 다른 행성에 잠시 "포획"된 후 탈출하여 지구에 가까워졌을 수도 있다고 믿고 있습니다. 두 지구 사이의 거리는 너무 가까워서 지구가 달을 궤도로 끌어당길 수 있습니다.

사실, 화성을 비롯한 많은 행성이 중력 범위 내로 지나가는 작은 소행성을 "포획"하여 위성으로 만들었을 것으로 생각됩니다. 하지만 과학자들은 지구가 어떻게 달을 '포획'하여 궤도에 머물 수 있는지 그 메커니즘을 아직 알아내지 못했습니다. 게다가 지구와 달이 비슷한 지질학적 특징을 가지고 있다는 사실이 발견된 이후, 이 가설은 더 이상 받아들여지지 않았습니다.

파괴된 행성 테이아의 폐허가 합쳐져 ​​달이 됩니다.

이 이론은 테이아라는 화성 크기의 행성과 지구가 격렬하게 충돌한 사건에 기초하고 있습니다. 과학자들은 테이아가 지구보다 약한 다른 물질로 만들어졌을 것이라는 가설을 세웠습니다. 테이아의 "공격" 이후, 지구는 비교적 온전하게 유지되었습니다. 그러나 테이아는 쪼개졌고, 남은 조각들은 결국 달로 합쳐졌습니다. 이 이론은 처음에는 설득력 있게 들렸지만, 지구와 달이 비슷한 농도의 비슷한 원소(특히 실리콘과 산소)로 이루어져 있기 때문에 궁극적으로 실패했습니다.

테이아의 영향으로 '시네스티아'가 탄생한다

만약 테이아가 초기 지구를 너무나 강력하게 강타하여 두 지구가 모두 "증발"했다면 어떻게 되었을까? 일부 과학자들은 시네스티아라고 불리는 이상한 베이글 모양의 구름이 충돌의 결과로 생성되었을 수 있다고 믿고 있습니다. 그들은 이 구조가 일종의 회전 디스크처럼 작용하여 각 행성에서 발견되는 화학 원소를 섞을 수 있다고 주장합니다. 시간이 지나면서 시네스티아 외부의 물질은 달로 합쳐졌고, 남은 물질은 지구를 형성했습니다.

두 개의 동일한 행성의 충돌

이 시나리오에서 테이아는 지구에 충돌하지만 완전한 파편화는 일어나지 않고 충돌 파편이 달로 합쳐집니다. 이 이론의 독특한 점은 테이아를 구성하는 물질이 지구를 구성하는 물질과 동일하다는 것입니다. 이제 질문은 테이아가 어떻게 형성되었는가이다. 아마도 테이아와 지구는 둘 다 같은 강착원반의 반대편에서 형성되었을 것입니다(강착원반의 물질은 고르게 퍼져 있었습니다). 그러다가 무언가가 테이아의 태양 주위 궤도를 방해하여 원래 위치에서 벗어나게 했고, 그 결과 테이아는 지구에 추락하게 되었습니다.

지구 외 충돌에 대한 많은 가설

이 이론에 따르면, 초기 지구는 한 번이 아니라 여러 번의 충돌을 겪었을 것으로 추정됩니다. 각각의 충돌로 인해 파편이 생겨나 결국 작은 달로 합쳐졌을 것으로 추정됩니다. 이후 이 작은 위성들이 합쳐져 오늘날의 달을 형성했습니다.

이 가설은 각 충돌 후 몇 시간 내에 물질의 원반이 형성되고 수백 년에 걸쳐 작은 위성으로 응축된다는 것을 보여줍니다. 이스라엘 과학자들은 2017년 초에 이러한 아이디어를 제안하면서, 고속 충돌이 여러 번 합쳐지면 달을 형성하기에 충분한 물질이 생성되었을 수 있다고 주장했습니다. 그러나 그들은 이들 각각의 위성이 어떻게 더 큰 천체로 합쳐졌는지를 설명하는 메커니즘은 아직 설명되지 않았다고 말했습니다.