지구 질량은 계속 줄어들고 있을까

지구는 항상 일정 질량을 유지하고 있는 건 아니다. 우주에서 날아온 물체가 운석으로 지구에 쏟아지는 일이 생기거나 대기가 우주 공간에 유출되거나 달에 보내지기도 한다. 지구 질량은 점점 줄어들까 아니면 늘어나고 있을까.

미항공우주국 나사(NASA) 랭글리연구소 연구원에 따르면 46억 년 지구가 거의 형성된 뒤에도 외부로부터 운석이 쏟아지는 형태로 소량 흡착이 계속되고 있다고 한다. 하지만 행성이 형성된 뒤에는 대기소산(atmospheric escape)이라는 다른 프로세스가 시작된다. 대기소사는 물 증발과 비슷하지만 규모에는 큰 차이가 있다. 대기소산 메커니즘은 산소와 수소, 헬륨 등 원자가 태양으로부터 에너지를 얻어 중력 에너지를 웃도는 운동 에너지에 도달하면 우주로 소산해 가는 것이다.

지구 질량을 실시간으로 계측하는 건 곤란하고 연구 주제 중 하나로 실제로 지구 질량이 어떻게 되고 있는지는 알 수 없다는 지적이다. 하지만 쏟아지는 운석량이나 대기 소산 측정치 등으로부터 대략적인 질량 변화를 추정할 수 있다.

먼저 연구자들은 운석 관측 결과에서 대기권 돌입 전 운석 질량은 연간 1만 5,000톤으로 추정하고 있어 이를 매년 지구 질량에 더해진다. 더구나 위성 데이터 관측 결과로부터 지구에선 연간 7만 5,000톤 대기가 없어지고 있다고 추정되고 있다. 이런 결과를 합치면 지구 전체에선 연간 6만 톤 질량이 손실되고 있다는 결과가 된다.

연간 6만 톤이라고 하면 엄청난 질량처럼 보이지만 지구 전체에서 보면 매우 매우 작은 수준이다. 과거 100년간 대기 소산 추정치로부터 지구 대기가 전혀 보충되지 않았더라도 지구 대기가 제로가 되기까지는 50억 년이 걸린다고 한다.

더구나 실제로는 해양 활동이나 화산 분화 같은 프로세스에 의해 지구 대기는 항상 보충되고 있기 때문에 실제로 지구에서 대기가 사라지려면 15.4조년이 걸린다. 이는 우주 수명 100배에 달하고 원래 지구 자체 수명이 50억 년 뒤로 추정되고 있기 때문에 대기 소산은 장기적으로 봐도 문제는 아니다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.