시험&논문용 <달에 물이 있다> 달의 개요, 달의 존재 영향과 탐사, 대량의 물 발견

달에 물이 있다는 반가운 소식입니다. 그래서 달의 개요를 먼저 살펴보고 달의 존재 영향과 인류의 달탐사를 간략히 짚어보니다. 그리고 달에서 대량의 물이 발견된 연구과정과 결과를 파악해 봅니다.

 

달에 물이 있다에서 달의 개요

태양계에서 가장 안쪽에 있는 위성이며, 자전과 공전 주기가 약 27일입니다. 태양 주기로 환산하면 약 29.5일입니다. 표면 온도는 최소 -233도/최대 123도입니다. 지구에서 가장 관측이 가능한 천체입니다. 영어로 moon은 지구의 위성이 아닌 일반 위성을 의미합니다. 달이 아닌 다른 위성으로 최초에 관측된 것은 1610년 발견된 갈릴레오 위성입니다. 1979년에 제정된 달 조약에 따르면, 달과 다른 천체들과 그들의 천연자원은 인류 공통의 유산입니다. 지구에서 밤에 볼 수 있는 달은 태양의 반사로 인해 노란색을 띠며, 때로는 보름달, 반달, 초승달 등 다양한 형태로 보는 것이 매우 황홀해 보이지만, 표면이 울퉁불퉁한 회색 물체이기 때문에 그다지 예쁘지는 않습니다. 현재, 달과 지구 사이의 평균 거리는 약 385,000 킬로미터입니다. 하지만 과거에는 지구의 자전 속도가 지금보다 3~4배 빨랐고, 달은 지금보다 10만 km 이상 가까워졌습니다. 달은 조력으로 지구의 자전 에너지를 빼앗아 지금과 같은 상태가 되었습니다. 현재는 달이 지구로부터 계속 멀어지고 있습니다. 달에 설치된 레이저 반사기로 측정한 결과, 1년에 3.8cm 정도 멀어지고 있습니다. 지구와 달 사이의 거리는 너무 먼데 어떻게 지구의 중력에 의해 멀리 있는 달이 잡혀서 궤도를 돌고 있는지 궁금해집니다. 태양의 경우 지름이 140만 킬로미터이기 때문에 지구와 달 사이에 두면 둘 다 타 버립니다. 충돌 이론의 시뮬레이션에 따르면, 달이 막 형성되었을 때 지구와 달 사이의 거리는 지구 반지름의 약 3~5배였습니다. 이 거리는 현재 거리보다 약 15배 가까운 19,113에서 31,855 킬로미터 사이입니다. 현재보다 훨씬 가까웠던 만큼 지금보다 밀물과 밀물의 차이가 훨씬 심했을 것으로 예상됐습니다. 

 

달의 존재 영향과 탐사 

과거에 과학자들은 만약 달이 사라진다면 지구 자전축을 안정시키는 역할을 하지 못해 지구축을 흔들고 급격한 기후변화를 일으키는 등 정말 심각한 결과가 일어날 것이라고 생각하였습니다. 하지만 연구가 거듭되다보니 실제는 기대만큼 심각한 결과를 낳지 않을 것으로 드러났습니다. 달은 인간이 탐험한 최초이자 유일한 외계 천체입니다. 1961년 아폴로 우주선의 발사 이후 1969년부터 1972년까지 6대의 아폴로 우주선이 달에 착륙했습니다. 달을 처음 밟은 우주인은 닐 암스트롱입니다 그와 함께 아폴로 11호 임무를 수행한 버즈 올드린도 있습니다. 게다가, 아폴로 계획에 따라 1972년까지 총 12명의 사람들이 달에 착륙했습니다. 착륙선이 달에 착륙하는 동안 달 궤도를 선회하고 달 표면은 밟지 못한 조종사와 승무원 등을 포함하면 총 24명이 달의 표면을 밟았거나 달의 궤도내 근처까지 갔었습니다.

대량의 물 발견

과학자들은 달에 상당한 양의 물이 있다고 추정합니다. 물은 햇빛이 전혀 닿지 않는 극지방 주변의 영구적으로 그늘진 크레이터 지역에 얼음의 형태로 존재합니다. 달에 상당한 양의 물이 존재한다는 사실을 알려주는 논문이 네이쳐지에  2편이 발표됐습니다. 그것은 매우 구체적이고 우리에게 달 표면의 많은 지역에 많은 양의 물이 있다는 것을 말해줍니다. 첫 번째 논문은 달 표면, 특히 남극 대륙의 영구적으로 그늘진 지역에 많은 양의 고품질의 물이 있다는 것을 확인시켜 줍니다. NASA 우주비행센터의 연구팀은 보잉 747기에 적외선 망원경을 장착한 천문관측 프로그램인 소피아를 통해 수집한 달 관측 데이터를 분석했습니다. 또 달 표면에서 반사되는 햇빛의 파장을 분석해 화학 기호를 분석한 결과 달 표면에 다량의 물(H2O)이 존재한다는 결론이 나왔습니다. 남극으로 갈수록 물이 불어나 지역에 따라 100~400ppm 농도로 바위와 흙 사이에 퍼져 있는 것으로 나타났습니다. 바다 밑에서 분출하는 용암 속에 이만큼의 물 분자가 있는데, 온도와 기압이 적정 온도에 도달하면 다량의 물을 생산할 수 있는 농도라고 합니다. 이전에, 달의 남극 주변에서 수화의 징후가 감지되고 보고되었습니다. 하지만 3 마이크로미터의 미세한 분광 신호여서 물 분자인지 하이드록실기(OH) 화합물인지 판단하기가 어려웠습니다. 다만 이번 연구 결과에서는 6㎜의 맑은 물 분자 분광 신호를 포착해 논란을 잠재울 수 있습니다. 이 연구 결과는 우주비행사들이 달 표면에 착륙할 때 많은 양의 고품질의 물을 확보할 수 있다는 것을 나타냅니다. 그것은 또한 표면에서 모은 물이 우주선의 연료나 호흡을 위한 산소를 생산하기 위해 분해될 수 있다는 가능성을 제시합니다. 소피아가 태양이 비추는 달에서 분자수를 검출했습니다. 분화구 주변에 많은 얼음 자국이 있는지를 확인한 두 번째 논문은 우리에게 물이 예상보다 훨씬 더 많은 지역에서 발견되고 있다고 말해줍니다. 콜로라도 대학 천체물리학 연구팀은 첨단 분석 기술을 적용해 태양광이 없는 물이 있는 것으로 알려진 극지방의 영구 음영 지역의 크기와 분포를 정밀하게 분석했습니다. 영구 음영 지역은 온도가 영하 163°C 미만인 어두운 지역입니다. 과학자들은 이곳의 물이 운석, 혜성, 그리고 달 표면에 부딪힌 다른 물질들에 의해 야기되었다고 추측해 왔습니다. 처음에는 기체 상태였지만, 기온이 낮아 바위나 흙에 서리 모양으로 보존되는 것으로 여겼습니다. 연구팀은 NASA의 달 정찰 궤도선(LRO)의 데이터를 이용하여 첨단 기술로 극지 이미지를 분석했습니다. 그리고 우리는 물이 있는 지역이 얼마나 넓게 퍼졌는지 계산했습니다. 운석과의 충돌로 깊게 깎인 분화구 주변에는 서리 모양의 얼음이 넓게 퍼져 있었습니다. 연구팀이 면적을 계량화해 집계한 결과 물이 존재하는 면적은 약 4만 제곱킬로미터인 것으로 확인됐습니다. 이것은 우리나라의 면적 102,10 평방 킬로미터의 약 40%입니다. 그 연구팀은 그 지역에서 얼마나 많은 물이 흡수되는지 분석하고 있습니다. 이 작업이 완료되면 달 기지에 사는 우주비행사들이 매장된 얼음을 어떻게 수집해 사용할 수 있는지 추정할 수 있을 것으로 보입니다.