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달 표면은 양성자 비가 적신다



 



미연구팀 달 표면 물 존재 첫 규명


“달은 살아있다…표면 전역에 물 존재” 기사와 관련해, 달에 물이 존재한다는 발견이 어떤 과학적 의미를 갖는 것인가요.”

A: 달의 물공급원 비밀 풀 실마리 제공...달 식민지 건설 가능성 높아져

1972년 미국의 아폴로 17호가 마지막으로 달에 다녀왔을 때만 해도 과학자들은 달에는 물이 없다고 결론을 내렸습니다. 하지만 1994년 미국의 달 탐사선 클레멘타인호가 달 극지에서 얼음 징후를 우연히 발견하면서 상황은 바뀌었습니다. 1998년 루나프로스펙터 호는 달에 약 1100만~3억3000만t의 얼음이 있다는 추정치를 내놓기도 했습니다.

그후 과학자들은 달의 대부분의 지역에서는 햇빛 때문에 물이 증발했지만, 남북극 근처에는 영구 동토지역이 있다고 확신을 갖게 됐습니다. 그러나 남북극을 제외한 다른 지역에서는 물의 존재를 찾지 못했습니다. 아주 추운 극지를 제외하고 달의 약한 중력과 낮에 내려쬐는 강한 햇살에 대부분의 물이 증발해 버렸다는 것이지요.





하지만 이번에 미국 연구팀은 달의 극지나 고위도 지역 외에도 중위도 지역에도 소량이지만 물이 존재한다는 사실을 확인했습니다. 푸석푸석했을 것 같던 달 표면이 예상외로 수분을 함유했다는 증거를 포착한 것입니다. 연구진은 달을 관측한 3대의 인공위성이 보내온 관측결과를 정밀 분석한 결과 이같은 결론을 얻었다고 합니다.

그중 가장 먼저 물을 발견한 것은 인도 최초의 달 탐사위성 ‘찬드라얀 1호’로, 달이 반사하는 빛의 파장을 통해 달 표면 물질을 분석했습니다. 이 위성은 최근 달의 특정 파장에서 수소와 산소가 결합된 분자가 감지된다는 데이터를 보내 왔습니다. 미국의 혜성 탐사 무인우주선 딥 임팩트도 올 6월 달을 지나며 이와 비슷한 데이터를 보냈습니다. 마지막으로 미국의 토성 탐사선 카시니가 1999년 달을 통과하며 보냈던 자료도 재검토한 결과도 마찬가지 결론이 나왔습니다.

과학자들은 달에 존재하는 물이 자체적으로 나왔을 가능성과 외부에서 공급받았을 가능성 등 여러 가지 가설을 내놓고 있었습니다. 일부는 달 표면 전역에서 발견된 수분이 외부에서 공급됐을 가능성에 무게를 더 두고 있습니다. 즉 태양에서 날아오는 입자(태양풍)에 섞여 있는 양성자(H+)가 달 표면 흙에 부딪히면서 흙 속에 있던 수산기(OH-)와 결합하면서 물이 생겼다는 것입니다. 또 다른 과학자들은 달 표면의 물은 태양풍이 아니라 대부분 얼음 덩어리로 이뤄진 혜성이 달 표면에 부딪히면서 남긴 것이라는 의견을 제시하고 있습니다. 지구처럼 대기가 없는 달에는 지금도 우주에서 날아온 혜성이나 운석이 끊임없이 떨어지고 있는 것으로 알려져 있습니다.





한국천문연구원 최영준 박사는 “이번 연구로 가설에만 머물던 ‘물 외부공급설’이 더 설득력을 얻게 된 셈”이라고 설명합니다. 하지만 최 박사는 “달에 물이 존재한다고 지구에서처럼 물이 흐르거나 웅덩이에 고여있는 것은 아니다”며 “당장 달의 생태계가 변하거나 생명이 살아 있다고 말하는 것은 어불성설”이라고 덧붙였습니다.

최근 과학자들이 달에서 물을 찾기 위한 노력을 하는 이유는 호기심 외에도 달이 가진 경제적 가치 때문입니다. 1990년대 이후 달에 막대한 광물자원과 에너지가 묻혀있다는 사실이 알려지면서, 최근 이를 선점하기 위한 각국의 경쟁이 치열합니다.



미국과 러시아, 유럽은 물론 일본, 중국은 달에 식민지를 건설하겠다는 중장기 계획을 내놓고 있습니다. 문제는 달 기지에서 사용할 막대한 양의 물을 얻을 방법입니다. 지구에서 달까지 물을 운송하려면 천문학적인 비용이 들어가기 때문입니다. 일부 학자들은 달에 있는 영구 동토층 규모의 물을 지구에서 가져가려면 60조 달러(7경2000조 원)의 비용이 들어갈 것이라는 분석도 내놓고 있습니다.

그렇다고 척박한 달에 우물을 판다고 해결될 일도 아닙니다. 달에서 영구 동토층을 찾거나 물의 존재를 찾으려고 과학자들이 노력하고 있는 것도 이런 이유 때문입니다. 이번 연구를 통해 물이 없을 것으로 추정되던 중위도 지방에도 물이 존재한다는 사실이 밝혀지면서, 가까운 미래 달 기지에서 활용할 수 있는 물의 양은 늘어났습니다.





물론 달에 있는 물을 실제로 사용할 수 있을지는 의문입니다. 이번 연구 결과에서도 730m²(약 220평)면적의 달 표면 흙을 긁어모아야 겨우 물 한 모금을 얻을 수 있다고 합니다. 사막의 모래가 함유하고 있는 물보다 훨씬 적은 양입니다. 과학자들은 태양에서 날아온 양성자와 흙 속의 수산기가 결합하는 과정을 대규모로 증폭시키면 물을 얻을 수 있을 것으로 예상하고 있습니다.

만에 하나 달 표면의 흙을 대량으로 처리하는 획기적인 방법이 나오거나 정말로 대규모 얼음층을 발견하지 않는 한 인류가 달에 정착하기까지 시일이 걸릴 것으로 과학자들을 보고 있습니다. 다음 달 9일 미국의 탐사선 LCROSS가 달의 남극에 충돌하는 실험에서 물 성분이 발견되면, 달 기지의 물부족 걱정은 한 때 기우에 불과할 것으로 보입니다. 최 박사는 “LCROSS가 남극의 동토층에 충돌할 때 내뿜는 수증기를 분석하면 관측에만 머물던 영구 동토 층이 실존 여부를 확실히 알 수 있다”고 설명합니다.

 

 

 




박근태 동아사이언스 기자 kunta@donga.com



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