"달 내부도 뒷면이 더 차갑다"…차츰 밝혀지는 '앞뒤 다른 달'

1998년 미국 항공우주국(NASA)의 클레멘타인1 우주선이 촬영한 달의 앞면(왼쪽)과 뒷면 사진. NASA 제공

지구에서 보이지 않는 달의 뒷면이 앞면보다 온도가 낮다는 분석 결과가 나왔다. 중국 달 탐사선 창어 6호가 지난해 달 뒷면의 토양 샘플을 채취해 지구로 가져온 이후 '앞뒤가 다른' 달의 비밀이 차츰 밝혀지고 있다. 

중국 베이징대와 영국 유니버시티칼리지런던(UCL) 공동연구팀은 달 뒷면의 맨틀 온도가 앞면보다 70~100℃ 낮다는 증거를 확인하고 연구결과를 30일(현지시간) 국제학술지 '네이처 지오사이언스'에 공개했다.

달은 스스로 회전하는 자전 주기와 지구 주변을 한 바퀴 도는 공전 주기가 같아 지구에서는 항상 한쪽 면만 보인다. 달의 뒷면 연구에 어려움을 겪는 이유다.

달의 뒷면은 지각이 더 두껍고 산악 지형도 많다. 화산 활동이 적어 과거 용암으로 형성된 현무암의 어두운 반점 수도 더 적다. 표면뿐 아니라 내부 구조도 매우 다를 것으로 추정된다. 지각 아래 마그마가 있는 맨틀은 앞면과 뒷면에서 온도 차이가 날 것으로 예상되지만 실제 토양 샘플 분석을 통한 증거가 제시된 바 없다.

연구팀은 지난해 6월 창어 6호 임무를 통해 인류 최초로 달 뒷면에서 채취된 현무암 샘플 중 300g을 분석해 달 맨틀의 온도를 추정했다. 샘플의 연대는 약 28억년전으로 분석된다. 방사성 원소인 우라늄(U)이 일정한 속도로 납(Pb)으로 붕괴한다는 사실을 활용한 측정 방법이다.

연구팀은 샘플 내 구성원소를 분석하고 컴퓨터 시뮬레이션과 비교해 암석이 결정화될 당시 온도를 추정했다. 달 뒷면 맨틀은 우라늄, 토륨, 칼륨 등 방사성 붕괴로 열을 방출하는 열 발생 원소가 앞면 맨틀보다 적었다.

뒷면에서 채취된 현무암은 약 1100℃ 온도에서 용암이 식어 형성된 것으로 분석됐다. 달 앞면 샘플과 비교하면 약 100℃ 낮다. 앞서 미국 아폴로 임무와 창어 5호 임무로 채취된 달 앞면 샘플이 비교에 활용됐다.

달 뒷면 착륙 지점과 앞면의 위성 원격 측정 데이터를 활용한 모델링 결과도 비슷했다. 28억년전 달 뒷면의 맨틀 온도는 같은 시기 앞면의 맨틀 온도보다 약 70℃ 낮은 것으로 계산됐다.

이번 연구로 현재 달 앞뒷면 맨틀의 온도를 알 수는 없다. 달의 맨틀이 매우 느리게 냉각되고 있기 때문에 양면의 온도 불균형이 오랜 시간 지속되고 있는 것으로 예상된다.

연구팀은 "달의 뒷면 맨틀이 앞면 맨틀보다 상대적으로 차갑다는 이번 연구 결과는 지각 두께와 열을 발생하는 원소 분포 차이와 일치한다"고 설명했다.

달 뒷면 연구는 달의 지질학적 역사와 앞뒷면 비대칭성의 기원을 밝혀낼 단서를 제공한다.

중국과학원 연구팀은 올해 4월 창어 6호 임무로 채취된 샘플을 분석해 달 뒷면이 앞면보다 더 건조하다는 분석 결과를 국제학술지 '네이처'에 공개했다. 7월에는 달 뒷면에서 소행성 충돌로 유발된 화산 활동이 달 앞면과 뒷면의 지각·맨틀 구성 원소에 차이를 만들었을 것이라는 연구결과를 네이처에 발표했다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1038/s41561-025-01815-z 

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]