“달은 생각했던 것보다 4천만년 더 오래됐다”

달이 어떻게 형성됐는지에 대해선 복수 가설이 제창되고 있지만 유력한 것으로는 원시 지구에 화성 정도 크기였던 테이아라고 불리는 행성이 충돌해 이 파편이 달이 됐다는 자이언트 임팩트설이 있다. 아폴로 계획 마지막 미션이 된 아폴로17호가 가져온 지르콘 결정을 분석한 새로운 연구에선 달이 형성된 건 지금까지 생각해온 것보다 4,000만 년 오래된 44억 6,000만 년 전인 것으로 나타났다.

달은 지구가 생기고 시간이 지나면서 형성된 것으로 보이며 자이언트 임팩트설에 근거하면 테이아 충돌로부터 불과 몇 시간 안에 형성됐을 가능성이 시사되고 있다. 새롭게 필드자연사박물관과 노스웨스턴대학 연구팀은 아폴로17호가 달에서 가져온 지르콘 결정을 분석해 적어도 달이 몇 년 전에 형성됐는지를 조사했다. 지르콘 결정은 초고온과 강한 압력에 의해 형성되는 미세한 암석이며 지구상에서도 운석이 충돌한 분화구 연대 측정 등에 사용되고 있다.

자이언트 임팩트에 의해 달이 형성된 이후에도 지르콘 결정은 만들어진 것으로 보이지만 형성 직후 달은 표면이 지르콘을 녹일 정도로 고온 마그마로 덮여 있었기 때문에 달 표면에 존재하는 지르콘 결정은 모두 달 표면이 차가워진 뒤 만들어졌다고 한다. 또 지르콘 결정 외층에는 방사성 원소인 우라늄이 포함되어 있으며 이 우라늄이 방사성 붕괴되면서 변화된 납도 존재한다. 이 우라늄과 납 비율을 측정해 지르콘 결정이 언제 형성됐는지 알 수 있다.

따라서 연구팀은 아폴로17호가 가져온 지르콘 결정을 분석해 달이 적어도 몇 년 전 시점에 존재했는지 조사했다. 연구팀은 달 표면이 녹을 때 지르콘 결정이 형성되거나 계속 존재할 수 없었다며 그렇지 않으면 지르콘 결정이 녹아서 화학적 특성이 사라졌을 것이라고 밝혔다.

연구팀은 노스웨스턴대학에 있는 전용기기를 이용해 아톰 프로브 토모그래피(APT. atom probe tomography)라는 기법으로 지르콘 결정을 분석했다. APT란 날카롭게 떼어낸 샘플 일부에 자외선 레이저를 조사해 표면으로부터 미량 원자를 증발시켜 이 증발한 원자를 질량 분석계로 측정해 원자 비율을 조사하는 방법이다.

분석 결과 우라늄과 납 비율로부터 아폴로17호가 가져온 지르콘 결정은 44억 6,000만 년 전에 만들어진 것으로 판명됐다. 다시 말해 달이 형성된 건 적어도 44억 6,000만 년 전보다 오래된 연대임이 나타났다는 것이다. 것붙여 2021년 연구에서도 달에서 채취된 지르콘 결정을 분석해 샘플 연대가 최대로 44억 6,000만 년 전에 거슬러 올라간다고 보고되고 있었지만 당시 연구팀은 연대 측정 방법에 많이 불확실성이 있다고 지적했다. 이 때문에 더 널리 인정된 가장 오래된 지르콘 결정은 2009년 연구로 분석된 44억 2,000만 년 전 것이었다고 한다.

연구팀은 달이 형성되는 나이를 아는 중요성에 대해 달은 행성계에서 중요한 파트너라며 지구 자전축이 안정적이고 하루 24시간 가득 차 있는 것도 달 덕분이라며 달이 없으면 지구상 생물은 다른 모습이었을 것이며 달은 더 깊이 이해하고 싶은 자연 시스템 일부라고 밝혔다. 이번 연구는 전체 이미지에서 작은 퍼즐 조각을 제공하는 것이라고 덧붙였다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.