달의 기원에 대한 여러 가지 이론들

인간은 달에 대한 환상을 가지고 있다. 옛날 이야기에도 많이 등장하고, 토끼가 방아를 찧는다는 설화도 전해질 정도로 말이다.

 

 

 

달에 관한 이론 세 가지

이런 달에 관한 이론은 과학적으로 세 가지로 나눌 수 있다. 첫째는 분절 이론으로써, 달이 지구의 일부였다가 초기에 분리되었다는 이론이다. 둘째는 자매 이론으로써, 지구와 함께 형성된 것으로 외형성 위성들의 형성된 것처럼 만들어졌다는 것이다. 셋째는 포획 이론으로써, 달은 태양계의 다른 지역에서 생겼지만 지구에게 잡혔다는 것이다. 이 세 가지 이론들은 근본적으로 문제를 가지고 있다고 한다.

 

달에 관한 이론들

 

우선, 포획 이론은 어느 누구도 초기의 지구가 달처럼 크나큰 위성을 포획할 방법을 생각해 낼 수 없다는 데서 문제를 가지고 있다. 한 물체가 다른 물체로 접근할 경우, 막대한 운동 에너지의 손실 없이는 접근한 물체가 궤도 운동을 할 수 없기 때문이다. 이것은 우주선이 다른 행성의 주위로 궤도 운동을 하도록 보내어질 경우에 반드시 역추진 로켓이 준비되는 것과 같은 원리이다. 만약 그러한 포획이 일어났다고 하더라도 현재 달의 원 궤도가 아닌 매우 길쭉한 타원 궤도가 그려질 것이므로 이 이론은 잘못되었다고 반박되어진다. 또한 지구와 달은 구성비에 있어서도 매우 흡사하다. 특히 산소의 동위원소비는 거의 동일할 정도로 일치한다는 점에서 지구와 달이 과연 다른 기원을 가졌을까라는 의문이 생긴다. 

 

다음으로, 지구의 일부가 떨어져 나가서 달이 생겼다는 분절 이론은 19세기 말에 제시된 이론이다. 이는 19세기 말에 조지 다윈이 제시한 것인데, 현대 동역학적 계산에 의하면 자생적인 분절이나 다윈이 상상한 분리는 이루어질 수 없는 것이다. 게다가 달이 그와 같이 지구의 물질로 생성되었다면 지금 우리가 알고 있는 화학적 조성의 차이를 설명하는 것은 불가능하다. 이러한 이유로 인해 달이 지구와 함께 근처에서 생성된 것이 아니냐는 자매 이론이나 지구로부터 분리되는 과정을 개선한 분절 이론이 가능성 높게 인정되어 왔다. 

 

이러한 이유에서 거대 충돌 이론이 나오게 되었다. 지구형 행성들이 형성될 무렵에 행성의 크기만 한 비사체가 태양계 안쪽 으로 궤도 운동을 했다는 가능성이 제시된 것이다. 거대 충돌 이론은 지구가 지구의 10분의 1 정도의 질량을 가진 화성 정도 크기의 물체와 비스듬히 충돌하였다는 가정이다. 이것은 지구가 완전하게 산산 조각 나지 않을 정도에서 일어날 수 있는 가장 규모가 큰 충돌이다. 계산에 따르면, 그러한 충돌은 지구의 많은 부분을 파쇄하며 중심 핵까지 도달하고 매우 많은 양의 물질을 공간으로 날려 보내서 운동 에너지를 분출한다. 

 

현재로서는 이 거대 충돌 이론이 달의 기원에 대한 올바른 이론인지에 대해 증명할 방법은 없지만, 이러한 가정은 달의 화학 조성에 대한 문제의 대부분을 잠정적으로 해결해 준다. 첫째 달의 원래 재료는 지구의 맨틀로부터 왔기 때문에 금속의 결핍을 쉽게 설명한다. 둘째 대부분의 휘발성 기체 원소는 충돌 후 뜨거운 온도 단계에서 외부로 빠져나갔을 것으로 가정된다. 이로써 지구의 맨틀 물질로부터 달이 생성되었다는 점에서 산소 동위 원소의 비나 다른 원소의 비가 비슷하다는 사실이 설명될 수 있다.