"수성이 이렇게 줄었다고?"…45억년간 23㎞ 수축 [우주로 간다]

NASA 메신저호 데이터 분석…추정치보다 최대 30% 수축 가능성

태양에 가장 가까운 행성인 수성이 지금까지 생각했던 것보다 더 많이 줄어든 것으로 나타났다.

우주과학매체 스페이스닷컴은 수성 표면의 지질 구조와 거칠기를 분석한 연구 결과, 수성이 기존 추정치보다 10~30% 더 많이 수축한 것으로 나타났다고 10일(현지시간) 보도했다. 해당 연구 결과는 국제학술지 '지구물리학 연구 회보'에 게재됐다.

연구진은 수성이 형성된 이후 전체 지름이 약 19㎞ 줄어든 것으로 추정했다. 특히 기존 연구에서 파악하지 못했던 수축량까지 고려하면 수성의 전체 지름 변화는 최대 23㎞에 이를 수 있는 것으로 분석됐다.

NASA 메신저호가 수성을 처음으로 통과한 후 촬영한 고해상도 모자이크 이미지 (출처=NASA/존스홉킨스대 응용물리학연구소/워싱턴 카네기 연구소)

연구진은 수성 표면에 소행성이나 우주 암석이 충돌하면서 만들어진 분화구와 파편이 수축의 흔적을 가렸기 때문에 그 동안 수성의 실제 수축량이 과소평가됐을 가능성이 있다고 설명했다. 수성의 수축 정도를 파악하는 것은 행성 내부의 구성과 열적 진화를 이해하는 데 중요한 단서가 된다.

독일 항공우주센터(DLR) 우주연구소의 가쿠 니시야마 연구팀장은 “수성이 더 많이 수축했다는 것은 수성의 금속 핵이 더 크거나, 금속 핵에 실리콘과 같은 가벼운 원소가 덜 섞여 있거나, 초기 온도가 더 높았을 가능성을 의미한다”고 밝혔다.

수성의 험난했던 과거

태양계의 다른 암석형 행성들과 마찬가지로 수성도 약 45억 년 전 태양계가 형성되던 격렬한 시기에 암석과 소행성이 충돌하고 서로 뭉치면서 만들어졌다. 당시 충돌 과정에서 발생한 열은 이후 서서히 방출됐고, 수성 내부가 식으면서 행성 자체도 수축하기 시작했다. 이 과정에서 수성의 암석으로 이뤄진 외층이 압축되면서 절벽과 능선 형태의 지질 구조가 형성됐다.

이러한 냉각 과정은 수성 전체에서 대체로 균일하게 진행됐을 것으로 추정된다. 따라서 수축으로 만들어진 지질 구조 역시 행성 전역에서 흔하게 발견돼야 한다.

그러나 수성이 형성된 이후 수십억 년 동안 이어진 소행성 충돌은 수많은 분화구를 만들었을 뿐만 아니라 충돌 과정에서 발생한 파편을 수성 표면 곳곳에 흩뿌렸다. 이 때문에 수축 과정에서 만들어진 주름이나 절벽이 이후 형성된 지질 구조와 파편에 가려져 발견하기 어려워졌다는 게 연구진의 설명이다.

“기존 추정치보다 10~30% 더 많이 수축했을 가능성”

연구팀은 기존 수성 지질 지도와 수성 표면 전체의 거칠기를 보여주는 새로운 관측 자료를 결합했다. 그 결과 수성에서 표면이 가장 거친 지역일수록 수축으로 형성된 주름 구조가 적다는 사실을 발견했다.

니시야마 연구팀장은 “이는 수축으로 형성된 지질 구조를 가리는 과정이 존재한다는 생각을 하게 했다”며 수성의 가장 거친 지역에 있는 충돌 파편이 수축 과정에서 만들어진 주름을 덮고 있을 가능성을 제시했다.

베피콜롬보가 포착한 수성 북극의 빛과 어둠의 경계 (출처= ESA/베피콜롬보/MTM)

연구팀은 충돌 파편의 영향을 상대적으로 덜 받은 지역에서 발견되는 능선과 절벽을 이용해 수성의 전체 수축량을 추정했다.

그 결과, 표면이 거친 지역에서 가려진 지질 구조까지 고려하면 수성은 기존 추정치보다 10~30% 더 많이 수축했을 가능성이 있는 것으로 나타났다. 이에 따라 수성의 전체 지름 변화는 기존 추정치인 4~16㎞에서 최대 23㎞까지 늘어날 수 있는 것으로 분석됐다.

니시야마 연구팀장은 “30%라는 수치는 다소 놀랍지만, 수정된 수축량은 실제 물리학적 예측과도 잘 들어맞는다”고 말했다.

연구진은 이번에 제시된 수축량 역시 실제보다 적게 추정됐을 가능성이 있다고 보고 있다. 이번 연구는 2015년 임무를 종료한 미국 항공우주국(NASA)의 수성 탐사선 메신저(MESSENGER)가 수집한 자료를 기반으로 했다. 메신저가 식별할 수 있었던 지질 구조는 지름 약 5㎞ 이상인 구조에 한정됐다.

2026년 11월부터는 유럽우주국(ESA)과 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)의 수성 탐사선 베피콜롬보가 기존보다 훨씬 높은 해상도로 수성 표면을 관측할 예정이다. 연구진은 베피콜롬보가 수성 표면의 능선과 절벽, 충돌 분화구 등을 보다 상세하게 관측하면 지금까지 발견하지 못했던 추가적인 수축 흔적이 확인될 수 있을 것으로 기대하고 있다.