수성: 과거에는 지구만큼 컸을 수도 있다

수성: 과거에는 지구만큼 컸을 수도 있다고 합니다.

 

수성은 "불합리한" 핵부터 놀라운 화학 조성까지 놀라움으로 가득 차 있는데, 이 행성의 기원에 대한 일부 답변은 키프로스에서 발견된 암석에 있을 수도 있다.

탐구심은 많은 탐험가를 죽음에 이르게 만들었고, 니콜라 마리는 그 다음이 자신일 것을 두려워했습니다.
키프로스의 외딴 산을 운전하던 중, 마리는 길을 찾기 위해 휴대전화를 의존했습니다. 그러나 낮이 저물면서 전화 배터리도 약해져, 자신을 외딴 곳에 갇힌 채 자신의 숙소로 돌아갈 길을 잘 모르게 되었습니다. "다른 차를 보지 않은 채 50km 이상을 여행했습니다," 그는 말합니다.
그는 식사와 차, 그리고 전화 배터리를 다시 충전할 수 있는 여관으로 가는 길을 기억해낼 수 있을 것이라고 생각했지만, 그곳에 도착했을 때 그것은 버려진 상태였습니다. 운 좋게도 다른 곳으로 인도하는 길을 찾았지만, 그는 그러한 외로운 산길에서 자신의 생명을 두려워했다고 인정합니다. "나는 몇 가지 잘못된 계산을 했습니다," 그는 말합니다.
다행히 그의 임무는 헛되지 않았습니다. 마리는 이탈리아 파비아 대학의 행성 지질학자로, 태양계 이웃이 형성되고 진화한 방법을 연구합니다. 그의 박사 학위 논문에서는 화성 용암 흐름을 연구했습니다. 이번에는 키프로스를 경유하여 수성을 목표로 삼았습니다. 그의 목표는 "본이나이트"라는 특정 종류의 암석을 찾는 것으로, 이 암석이 수성에서 발견된 암석과 놀라운 유사성을 지니고 있다고 여겨지는 것으로, 이것이 맞다면 이 행성의 독특한 기원에 대한 단서가 될 수 있습니다.

태양으로부터 첫 번째 암석

수성은 극단적인 행성입니다. 달보다 약간 더 큰 총 체적을 가지고 있으며, 태양계에서 가장 작은 행성이며 태양에 가장 가까이에 있습니다. 수성은 열을 보존할 수 있는 대기가 없어 표면 온도가 낮습니다. 따라서 주간에는 섭씨 400도(화씨 750도)에 이르고, 밤에는 -170도(화씨 -275도)까지 떨어집니다. 또한, 태양계에서 가장 짧은 궤도를 가지고 있으며, 한 해는 딱 88 지구 날짜 밖에 되지 않습니다.
"오늘 우리가 보는 수성은 한때 그 자리에 있었던 행성의 알갱이에 불과할 수도 있습니다." - 니콜라 마리(Nicola Mari)
수성의 위치로 인해 과학자들이 연구하기 매우 어려워졌습니다. 하나는 열 때문입니다. 행성에 접근하는 우주선은 태양에 아주 가까이 있으므로 끈끈한 온도에 견딜 수 있어야 합니다. 다른 하나는 중력입니다. 태양에 가까워질수록 그 끌력이 강해지며, 우주선의 속도를 가속화합니다. 이로 인해 미묘한 조작이 훨씬 어려워집니다. 우주선이 너무 빨리 움직이지 않도록하기 위해 우주선은 복잡한 경로를 통해 운행할 수 있습니다. 이는 다른 행성 주변을 여러 번 우회하면서 경로를 느리게 만드는 데 도움이 됩니다. 그러나 우주선은 여전히 감속하고 움직임을 제어하기 위해 많은 연료가 필요합니다.
"궤도 관점에서 보면, 수성에 도달하는 것은 아마 유성보다 어려울 것입니다,"라고 말하는 것은 유럽 우주국의 수성 탐사 임무인 BepiColombo의 우주선 운영 매니저인 이그나시오 클레리고(Ignacio Clerigo)입니다. 이는 마리의 작업이 기여하는 프로젝트입니다.
이러한 어려움으로 인해 수성은 다른 이웃들보다 연구가 덜 되었습니다. 이전 두 개의 임무 - Mariner 10과 Messenger - 가 충분히 가까이 날아가 표면을 지도하는 데 사용되었습니다. 그 결과 수성의 표면은 크레이터로 가득한 것으로 나타났으며, 이것은 그 구조에 관한 몇 가지 주요한 놀라움을 드러냈습니다.
하나의 놀라운 사실은 행성의 핵입니다. 다른 암석 기반 행성인 금성, 지구, 화성은 모두 상대적으로 작은 핵을 가지고 있으며, 이 주변에는 마그마로 이루어진 두꺼운 맨틀과 딱딱한 지각이 있습니다. 그러나 수성의 지각은 놀랄 만큼 얇아 보이며, 핵은 맨틀과 비교하여 놀랍도록 거대합니다. "이것은 불합리하다,"라고 마리는 말합니다.
더욱 놀랍게도, 이러한 임무들은 수성이 자기장으로 둘러싸여 있다는 것을 밝혀 냈습니다. 이는 그의 밀도와 결합되어 그것이 철 핵을 가지고 있을 것이라고 시사하며, 지구의 것처럼, 핵은 부분적으로 용융될 수 있습니다.
이 미스터리를 더하려면, 수성 표면의 화학물질의 비율은 매우 이례적입니다. "분광학"이라는 기술을 사용하여 행성의 화학 조성을 분석함으로써 과학자들은 수성에는 그 이웃보다 훨씬 높은 토륨 농도가 있다는 것을 알고 있습니다. 토륨은 초기 태양계의 극심한 열에 증발해야 했습니다. 그러나 그 토륨 함량은 태양으로부터 세 번째 떨어진 화성과 더 가까우며, 이는 태양으로부터의 거리로 인해 더 쌀쌀한 온도에서 형성되었을 것입니다.
이러한 이상 현상들로 일부 행성 과학자들은 수성이 원래 태양으로부터 더 먼 지점에서 형성되었으며, 화성 근처에 위치했을 것이라는 가설을 세웠습니다. 그리고 초기에는 지구의 크기와 비슷한 훨씬 큰 질량을 가지고 시작했을 것으로 추정됩니다. 이는 그 큰 핵에 적합한 크기였을 것입니다. 그러나 수성이 다른 행성체와 충돌하여 일정한 시기에 태양 쪽으로 회전하기 시작했다고 추측됩니다. 이러한 충돌은 수성의 지각과 많은 맨틀을 불어날 수 있었지만, 거대한 액체 핵을 남겼을 수 있습니다.
"우리가 오늘날 보는 수성은 한때 존재했던 행성의 알갱이에 불과할 수도 있습니다,"라고 마리는 말합니다.

외계의 암석

이 이론을 조사하는 이상적인 방법은 수성 표면의 암석 샘플을 분석하거나 그 맨틀로 들어가는 것일 것입니다. 그러나 아직까지 어떤 탐사선도 수성 표면에 착륙하지 못했으며, 이로 인해 지구 상의 과학자들은 다른 정보원을 찾고 있습니다.
일부 단서는 "오브라이트"라고 알려진 운석류에서 나올 수 있습니다. 이 운석류는 프랑스 오브레(Commune of Aubres)에서 처음 발견되어 그 이름이 붙여졌습니다. 이 암석은 수성과 유사한 화학 조성을 가지고 있으며, 일부 과학자들은 심지어 이것이 현재의 위치로 수성을 밀어낸 교통사고의 잔해일 수도 있다고 추측합니다.
이것은 유혹적인 아이디어이지만, 마리는 회의적입니다. 그의 말에 따르면, 지금까지의 증거는 오브라이트가 수성 자체의 일부가 아니었던 동일한 태양 흄이 안에 형성된 소행성에서 온 것으로 보입니다.
대안적인 증거 선은 "지화학적 유사물"에서 나올 수 있습니다 - 지구에서 형성된 다른 행성의 구조와 밀접하게 닮은 암석입니다. 결국, 우리는 더 가까운 지질 과정에 대해 훨씬 더 잘 알고 있으며, 이러한 이해를 사용하여 우주의 쌍둥이 형성에 관한 이론을 안내할 수 있습니다.
마리의 키프러스로의 여정의 목표는 사용 가능한 지질학적 데이터에 따르면 그가 찾고 있는 특정 조성물을 포함할 가능성이 가장 높았던 곳이었습니다. 그가 이 황무지 산들을 횡단하며 자신을 "현대의 인디아나 존스"라고 느꼈다고 합니다.
키프러스는 9천만 년 전 이상 전태티스 해 아래에서 형성된 지각 조각입니다. 토토닉 플레이트의 충돌로 인해 결국 표면으로 밀려나면서 우리가 오늘날 아는 섬이 되었습니다. 랜드스케이프는 여전히 다른 세계적인 느낌이 난다고 마리는 말합니다. 미네랄이 풍부한 녹색 암석이 있습니다. "키프러스 산맥의 특정 지역에서는 여전히 고대 해저 지대 위를 걷고 있는 듯한 느낌입니다,"라고 그는 말합니다. 결국 그는 찾고 있던 보니나이트라고 알려진 특정 용암 조각을 찾았습니다.
마리는 집으로 돌아와서 NASA와 이탈리아 행성 과학 박물관의 동료들과 협력하여 암석의 구성을 분석하고 그것들을 수성에서 얻은 측정치와 비교했습니다. 결과가 나오자 그는 놀랐습니다. "그들은 단순히 비슷한 것이 아니었습니다; 그들은 동일했습니다." 마그네슘, 알루미늄, 철과 같은 원소의 혼합물은 거대한 핵을 가진 신비한 행성에서 본 것과 같았습니다. 유일한 차이점은 키프러스의 암석이 산화되었다는 것이었는데, 이는 지구의 산소 풍부한 대기로 인해 불가피한 것입니다. 이것은 마리가 말하기에 수성에 대한 첫 번째 진정한 지구적 유사체로, 행성에 대한 우리의 이해를 위한 귀중한 추가 데이터포인트를 제공합니다.
이러한 암석들의 추가 연구는 수성의 과거 지질 활동에 관한 일부 단서를 밝히는 데 도움이 될 수 있습니다. 결국, 키프러스의 보니나이트는 지구 지각의 얕은 지점을 통해 분출된 용암에서 형성되었다는 사실을 우리는 알고 있습니다. 그들의 거의 완벽한 유사성은 따라서 마리가 말하기에, 수성 전체의 맨틀이 특이하게 표면에 가까운 것을 지원합니다. 이것은 많은 부분의 초기 지각을 날려 버린 폭풍의 기원과 일관된 것입니다.

미래 여행

마리의 발견은 매우 큰 퍼즐 중 하나일 뿐이며, 유럽 우주국과 일본의 협력으로 2018년 10월에 발사된 베피콜롬보 미션에서 많은 추가 통찰이 나올 수 있습니다. 이 미션은 수학자이자 엔지니어인 조세프 (베피) 콜롬보의 이름을 따서 지어졌으며, 그는 Mariner 10 우주선의 복잡한 경로를 계획하는 데 도움을 준 것으로 유명합니다.
베피콜롬보는 고속을 줄이기 위한 전략의 일환으로 이미 수성 주변을 세 차례 지나가는 등 빙빙 도는 루트를 따라 왔습니다. 이 우주선은 2025년에 행성에 최종 접근을 할 것으로 예정되어 있으며, 거기서 두 개의 궤도기로 분리될 것입니다 - 하나는 자기장을 측정하고, 다른 하나는 표면과 내부 구성을 연구할 것입니다. 마리의 지화학적 유사체에 관한 연구는 여기에 관련이 있을 수 있으며, 이러한 측정치 중 일부의 기준으로 사용될 수 있습니다.
"수성과 유사한 유사체의 실험실 측정은 우리에게 자신의 측정값을 더 잘 해석할 수 있게 해주며, 또한 우리의 적외선 및 열적 적외선 분광계 및 일부 X-선 분광계에서 얻은 결과에 대해서도 도움이 됩니다,"라고 베피콜롬보의 프로젝트 과학자인 요하네스 벤크호프가 설명합니다.
이후의 한 해 동안, 궤도기들은 수성의 광물 조성, 지형 및 내부 구조에 대해 보다 정밀한 측정을 할 것입니다. 이 데이터를 과거 임무에서 얻은 데이터와 비교함으로써, 과학자들은 심지어 이 행성이 여전히 지질학적으로 "살아있는"지를 결정할 수 있을지도 모릅니다. 표면에는 수성 내부 물질의 증발로 형성된 것으로 보이는 구덩이들이 있지만, 이 과정이 여전히 활동 중인지 여부는 명확하지 않습니다.
이러한 측정치들은 최종적으로 수성의 신비한 기원에 대한 결론을 내릴 수 있게 해줄 것입니다. 이로써, 태양계에서 우리 자신의 위치에 대해 훨씬 더 많은 것을 알 수 있게 될 것입니다. "수성이 왜 밀도가 높고 핵이 큰지는 우리 태양계의 형성과 역사를 이해하는 데 매우 중요한 질문입니다,"라고 벤크호프는 말합니다. "우주선에는 우리의 과학적 지식을 실제로 발전시키리라고 희망하는 매우 포괄적인 페이로드와 기기가 있습니다."
이미 태양에서 첫 번째 행성을 어떻게 볼지에 대한 많은 것이 변했습니다. "15년 전에는 수성이 지루한 행성으로 여겨졌습니다,"라고 벤크호프는 말합니다. "하지만 저는 더 많은 놀라움을 찾을 것으로 기대합니다."
마리에게 수성은 시작에 불과합니다. "라스 팔마스 섬에서는 화성의 맨틀과 유사한 용암을 발견했습니다. 그리고 금성의 흔적을 찾기 위해 시칠리아, 하와이, 인도네시아, 그리고 러시아의 카름차트카를 조사하고 있습니다."
베피콜롬보의 완전한 과학적 운영이 2026년에 시작될 예정이며, 우리는 곧 이러한 지구의 암석들이 태양계의 다른 이웃들에 대해 우리에게 얼마나 많은 것을 알려줄 수 있는지에 대해 더 나은 이해를 얻을 수 있을 것입니다.

수성에 구덩이가 많은 이유는 뭘까?

수성의 구덩이가 많은 이유에는 여러 가지가 있습니다. 가장 가능성 있는 이유 중 하나는 내부 열 및 압력의 영향으로 인한 화성 내부 물질의 증발입니다. 이는 지구 내부에서 발생하는 과정과 유사하게 수성의 내부에서도 발생할 수 있습니다. 내부 열과 압력이 증가하면 화성 내부 물질이 증발하여 공허가 형성되고, 이는 구덩이의 형성에 기여할 수 있습니다.
또 다른 가능성은 소규모 천체와의 충돌입니다. 우주에는 다양한 크기의 운동하는 천체들이 있으며, 수성과 같은 행성은 이러한 소규모 천체들과 충돌할 수 있습니다. 이러한 충돌은 표면에 큰 구멍을 만들고, 이 구멍들이 수성의 구덩이로 발전할 수 있습니다.
또한, 지각 운동으로 인해 표면이 변동함에 따라 구덩이가 형성될 수도 있습니다. 지각 운동은 지각 플레이트의 이동이나 지진과 같은 지구 내부의 활동으로 인해 발생합니다. 이러한 운동은 수성의 표면을 무너뜨리고, 이러한 무너짐이 구덩이의 형성에 영향을 줄 수 있습니다.
이러한 다양한 과정들이 결합하여 수성의 표면에 많은 구덩이가 형성되었을 가능성이 있습니다. 이러한 구덩이들은 수성의 지질학적 역사와 행성의 형성 과정을 이해하는 데 중요한 흔적을 제공할 수 있습니다.