지구에 날아온 운석으로 알아낸 화성 나이

2020.03.05 06:00
물과 대규모 화산활동이 있었던 초기 화성의 상상도(왼쪽)와 당시 화성에 소행성이 충돌한 상황을 유체역학�시뮬레이션으로 추정한 결과(오른쪽). 화성에 충돌해 산산조각이 난 소행성의 핵(갈색)과 맨틀 녹색 이 화성에 불균일하게 퍼지는 것으로 나타났다. SwRI March Southwest Research Institute 제공
물과 대규모 화산활동이 있었던 초기 화성의 상상도(왼쪽)와 당시 화성에 소행성이 충돌한 상황을 유체역학 시뮬레이션으로 추정한 결과(오른쪽). 화성에 충돌해 산산조각이 난 소행성의 핵(갈색)과 맨틀 녹색 이 화성에 불균일하게 퍼지는 것으로 나타났다. SwRI March Southwest Research Institute 제공

화성에 물이 있는지, 또 지각과 맨틀, 그리고 핵은 무슨 성분인지 알기 위해서는 화성의 토양이나 암석 샘플이 있어야만 한다. 


그래서 올해 7월 발사될 미국항공우주국(NASA)의 화성 탐사선 ‘마스 2020’은 최초로 지구로 가져올 화성 샘플을 채취하는 임무도 맡았다.


그런데 사실 지구에서 화성 암석을 만나는 방법이 한 가지 더 있다. 바로 화성에서부터 지구로 날아온 운석이다. 현재까지 지구에서 발견된 운석은 약 6만1000개. 그중 200여 개가 화성에서 날아온 것으로 추정된다. 


과학자들은 어쩌다 화성에서 튕겨 나와 운 좋게 지구로 온 운석들을 통해 화성의 비밀을 파헤치고 있는데, 이를 통해 최근 화성 탄생에 대한 새로운 사실이 밝혀졌다.


미국의 비영리연구기구인 사우스웨스트연구소와 메릴랜드대 공동연구팀은 화성이 지금과 같은 모습을 갖춘 시기가 기존에 알려진 것처럼 태양계 형성 200만~400만 년 뒤가 아닌, 1500만 년 뒤라는 연구결과를 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 2월 12일자에 발표했다.


화성이나 지구 같은 지구형 행성은 처음에 여러 소행성이 충돌하면서 만들어지기 시작한다. 그 후 소행성 충돌이 적어지면서 내부 물질이 무거운 순서로 가라앉아 핵과 맨틀, 그리고 지각 순으로 층을 이루며 원시행성의 구조를 갖춘다.


화성의 원시행성 완성 시기는 운석에 포함된 텅스텐 원소를 통해 알아낸다. 텅스텐은 외부 소행성의 충돌로만 유입되는 만큼 텅스텐의 동위원소를 분석해 텅스텐이 언제 마지막으로 유입됐는지, 즉 소행성 충돌이 언제 마지막으로 이뤄졌는지 알아낼 수 있다.


이를 통해 현재까지는 태양계 형성 이후 200만~400만 년 동안 화성에 소행성 충돌이 일어났다고 추정했다.


하지만 이번에 연구팀이 원시행성 형성 당시의 소행성 충돌 상황을 유체역학 시뮬레이션을 이용해 분석한 결과 화성에 최대 지름 1930km의 소행성 1~3개가 느지막이 충돌하면서 최종적으로 화성이 1500만 년에 걸쳐 원시행성이 된 것으로 계산됐다. 


연구를 주도한 시모네 마르키 미국 사우스웨스트연구소 선임연구원은 “화성의 매우 일부분에 불과할 수 있는 몇 개의 운석만 분석해서 그동안(화성의 형성 시기가) 잘못 알려진 것 같다”며 “화성 샘플 채취가 가능해지면 화성의 진화에 대해 더욱 정확히 알 수 있을 것”이라고 말했다. doi: 10.1126/sciadv.aay2338

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