달의 뒷면은 앞면보다 더 두꺼운 지각을 가지고 있다. / NASA, GSFC, Arizona State University

달 뒷면 샘플을 연구한 결과, 오래전 화산활동이 있었음을 알게됐다는 연구가 소개된 Nature.

지구에서 바라볼 수 있는 달의 앞면 쪽에서는 화산 활동이 있었다. 과학자들에겐 이미 알려진 사실. 그러나 최근에야 샘플이 채취된 달의 뒷면 쪽에서도 수십억 년 전에 화산이 분출했다는 게 드러났다.

중국 달 탐사선 '창어(嫦娥) 6호'가 수집한 샘플을 분석한 결과, 42억 년 전 현무암(분출 후 형성된 화산암) 조각이 발견됐다. 달의 뒷면 지역이 앞면과는 다른 지질과 암석 조성을 보여주는 대목이다. 또한 칼륨, 희토류 원소, 인(KREEP로 통칭)의 풍부함도 달랐다. 중국과 미국 과학자들이 협업한 연구 결과는 이달 15일 네이처(Nature)와 사이언스(Science) 에 게재됐고 이를 CBS, AP, BBC를 비롯한 해외언론들이 보도했다.

중국 과학원 지질 및 지구물리학 연구소의 리 추이루이 교수팀은 현무암 샘플을 통해 달의 뒷면에서 28억 년 전과 42억 년 전의 화산 사건을 상세히 밝혀냈다. 오래된 현무암(약 42억 년)은 칼륨(K), 희토류 원소(RE), 인(P)이 풍부한 KREEP-맨틀 기원으로 밝혀졌고, 상대적으로 젊은 현무암(약 28억 년)은 KREEP가 적은 맨틀에서 기원한 것으로 나타났다.

달의 남극-에이트켄(SPA) 분지에서 가져온 암석과 먼지 샘플이 달 뒷면의 비밀을 한 꺼풀 더 벗겨준 셈이다. 창어 6호의 샘플 반환은 올해 5월 3일부터 거의 두 달 동안 위험한 임무 끝에 이룬 성과였다. SPA 분지는 태양계에서 가장 큰 충돌 분지로, 달의 뒷면에 위치해 있다.

연구팀은 방사성 동위원소 연대 측정법을 써서 화산암의 나이를 판독했다. 샘플의 108개 현무암 조각 중 107개의 조각은 놀랍게도 상대적으로 늦은 시기 분출의 결과였다. 창어 6호 착륙 지점의 현무암 형성 연령이 '28억 ± 3만 년'임을 일관되게 보여주기 때문이다. 샘플의 저티타늄 현무암을 '납-납 및 루비듐-스트론튬 동위원소 시스템'을 사용해 연대를 측정한 결과다.

이번 연구는 SPA 지역에서의 화산 활동이 달의 맨틀에서 기원했으며, KREEP 성분이 거의 없는 상태에서 발생했다는 점을 밝힌 것이다. 알루미늄 함량이 높은 나머지 한 조각은 '42억 ± 4만 년' 전으로 추정된다. 이 조각은 정확한 나이가 밝혀진 가장 오래된 달의 현무암 샘플이다.

리 교수는 "달 뒷면의 화산 역사를 밝히는 것은 달의 반구 이분법을 이해하는 데 매우 중요하다"고 말했다. 그는 또 “창어 6호 현무암의 동위원소 나이로 달의 화산 활동을 추정하고 분화구 연대를 개선하게 됐다”고 덧붙였다.

한편, 달의 뒷면 쪽은 실제로 많은 양의 햇빛을 받지만 우리가 보지 못하기 때문에 '어두운 면'으로 불리고 있다. 이는 달이 지구와 조석 고정(tidal locking)되어 있어 항상 같은 면이 우리를 향하기 때문이다. 달의 뒷면을 카메라로 처음 포착한 것은 1959년 소련의 루나 3호(Luna 3)였다. 창어 6호는 올해 달의 뒷면을 로버 셀피로 촬영해 또 다른 탐사 기록을 세웠다.