태양풍, 달에 물을 만든다 [우주로 간다]

태양에서 끊임없이 방출되는 전하 입자의 흐름인 ‘태양풍’이 달에 물을 만들 수 있다는 연구 결과가 공개됐다고 과학전문매체 라이브사이언스가 24일(이하 현지시간) 보도했다.

미 항공우주국(NASA) 과학자들은 여러 차례의 우주 탐사를 통해 달 표면에서 물 분자의 흔적과 물의 구성성분 수산기(OH) 분자를 발견한 바 있다. 이는 오랫동안 미스터리로 남아 있었으나 일부 이론에서는 달의 화산 활동이나 달 표면의 암석과 먼지가 섞인 모래먼지 ‘레골리스(regolith)’에서 나오는 가스 또는 작은 운석의 충돌로 물 분자가 생겨났을 것으로 추정하고 있었다.

NASA는 데이터에서 태양빛과 먼지 밝기를 조정해 태양풍의 움직임을 잘 보여줄 수 있는 영상을 공개했다. (출처=NASA/SwRI/Craig DeForest)

지난 17일 국제학술지 지구물리학연구저널:행성(JGR Planets)에 발표된 NASA의 연구 논문은 태양풍이 달의 물 존재 배후에 있다는 이론을 뒷받침한다.

태양풍은 태양에서 시속 1.6km 이상의 속도로 끊임없이 불어오는 전하 입자의 흐름이다. 태양풍은 지구를 포함한 태양계의 모든 것을 강타하고 지구 대기 중 분자와 충돌하면 화려한 오로라를 만들기도 한다. 지구의 자기권은 이런 태양풍으로부터 우리를 보호하고 있으나 달의 자기장은 매우 약하고 일정치 않아 태양풍의 공격에 취약한 편이다.

물은 수소와 산소 원자로 이루어져 있다. 달 표면을 구성하는 암석과 먼지에는 산소는 많지만 수소는 많지 않다. 태양풍은 대부분 전자를 잃은 수소 원자인 양성자로 이루어져 있다. 달에는 강력한 자기장이 없기 때문에 태양풍은 달 표면과 부딪히며 달의 암석에서 전자를 빼앗거나 빌려와 물을 만드는 데 필요한 수소를 만드는 양성자를 뿌린다.

달 남극의 지형도. 달의 북극과 남극은 햇빛이 전혀 닿지 않는 극한의 지역으로 물을 얼음으로 저장할 수 있는 차가운 웅덩이를 형성한다. (출처=NASA/JPL)

NASA에 따르면, 달에서 감지된 물 성분은 매일 주기를 띄고 변하는 흥미로운 패턴을 보인다. 태양으로 따뜻해진 지역은 수증기로 물을 방출하지만 차가운 지역은 수증기를 머금는다. 만약 달에 있는 물의 근원이 운석 충돌 등으로 생겨난 것이라면 운석 충돌이 발생할 때까지 따뜻한 지역에서는 물이 계속 감소해야 한다. 하지만, 달에서 감지된 물의 양은 매일 같은 수준을 유지한다. 이는 태양풍이 관여했을 가능성이 높다고 연구진은 설명했다.

이 이론을 검증하기 위해 연구진은 1972년 아폴로 17호 우주비행사들이 수집한 달 레골리스 샘플을 이용해 달에 태양풍이 닿는 효과를 시뮬레이션했다. 진공 상태에서 초소형 입자 가속기를 만들어 며칠 간 레골리스 샘플에 모의 태양풍을 발사해 달에 실제 태양풍이 닿는 효과를 시뮬레이션했다. 이후 달 레골리스 샘플의 화학적 구성이 어떻게 변했는지 측정했는데 이전에는 존재하지 않았던 물의 존재 증거가 나타났다.