원시 행성 '테이아', 지구 내부에 대륙 크기 흔적 남겼다

달 형성 이론 '자이언트 임팩트설' 뒷받침

원시 행성이 지구와 충돌하며 지구 내부에 흔적을 남겼을 것으로 추정했다. 게티이미지뱅크 제공

달의 탄생에 결정적인 역할을 한 것으로 추정되는 원시 행성 '테이아'의 실존 증거가 포착됐다.

폴 애시모 미국 캘리포니아공대(칼텍) 지질학·지질화학 교수가 이끄는 연구팀은 지표면 약 2897km 아래, 맨틀과 외핵의 경계면 부근에 테이아가 지구에 충돌하면서 생성된 대륙 하나 크기의 잔해가 존재한다는 연구 결과를 1일(현지시간) 국제 학술지 '네이처'에 발표했다. 

테이아는 달의 형성 과정을 설명하는 이론 중 하나인 '자이언트 임팩트설'에 등장하는 원시 행성이다. 테이아가 지구에 충돌하면서 떨어져 나간 파편이 뭉쳐져 원시 형태의 달이 형성됐다는 것이다. 최근 미국·영국 공동 연구팀은 자이언트 임팩트설에 의한 원시 달의 최초 형성 연대를 기준으로 달의 나이가 최소 44억 6000만 살이라는 연구 결과를 발표한 바 있다.

하지만 정황상 추측만 있을 뿐, 원시행성 테이아의 존재를 입증하는 과학적 물증은 지금까지 없었다.

연구팀은 테이아가 지구와 충돌하면서 지구 내부에 흔적을 만들었을 것이라고 가정, 서아프리카 대륙 아래 지진에 의해 발생한 지진파의 속도를 분석했다. 지진파는 지각 매질에 따라 속도와 진폭이 변화하기 때문에 이를 분석하면 내부가 어떤 물질로 이뤄져 있는지 파악할 수 있다. 또 두 행성 충돌 이후 발생했을 파편의 움직임을 컴퓨터 시뮬레이션으로 재현해 지진파 분석 결과와 비교했다.  

그 결과 지표면 아래 2897km 부근에서 지진파 속도가 비정상적으로 느려지는 대륙만한 크기의 구조 2개가 관측됐다. 연구팀은 이 부근이 주변부에 비해 밀도가 2~3.5% 정도 높은 '테이아 맨틀 물질(TMM)'인 것으로 추정했다. 테이아가 지구와 부딪히며 지구의 지각층과 맨틀의 외부를 녹였고 이때 녹은 물질이 테이아의 부서진 조각과 섞이며 생긴 물질이라는 것이다. 테이아의 약 10%가 맨틀과 섞였고 이 물질이 서서히 굳으며 현재 맨틀을 이루게 되었다고 설명했다. 

이번 연구 결과에 대해 폴 태클리 스위스 연방공대 지질물리학 교수는 뉴욕타임스와의 인터뷰에서 "흥미로운 사실이긴 하나 테이아 충돌설을 완전히 뒷받침하는 증거가 될 순 없다"는 반응을 보였다. 논문 제1저자인 챈 위안 칼텍 박사후연구원은 "발견된 구조가 원시의 잔해에서 생겼을 가능성은 여전히 높다"며 "다른 원인을 배제하는 건 아니다"라고도 덧붙였다. 

[박건희 기자 wissen@donga.com]