달의 핵은 어떤 물질로 구성되어 있을까?

ㅣ데일리포스트=김정은 기자ㅣ달은 매우 친숙한 천체지만, 조성이나 환경 등은 불분명한 점이 많이 남아 있다.

프랑스 국립과학연구센터(CNRS) 연구팀이 2023년 5월 국제학술지 네이처(Nature)에 발표한 논문에 따르면 달에는 '금속으로 구성된 고체의 핵'이 존재한다.

사실 달의 내부 구조를 찾는 연구는 오래전부터 진행되어왔다. 천체 내부 조성을 파악하기 위해서는 지진 데이터가 효과적인 것으로 알려져 있다. 지진파는 천체 내부를 통과한 것으로, 진동의 전파 방식을 분석하면 천체 내부의 구성 물질과 구조를 추정할 수 있기 때문이다.

2011년에 발표된 논문에서 아폴로 계획 지진계 데이터를 바탕으로 '고체의 내핵을 유체의 외핵이 덮고 있다'는 분석 결과가 도출된 바 있다. 당시 미국항공우주국(NASA) 행성과학자 레니 웨버는 달의 지진 데이터를 분석해 "달은 고체 내핵을 가지고 있다"고 결론내렸다. 

그러나 2011년 연구에서는 지진계의 정확도 문제 등으로 내부 코어가 어떤 물질로 구성되어 있는지는 규명하지 못했다.  

이에 프랑스 국립과학연구센터 연구팀은 기존 분석과는 다른 방법으로 접근했다. 우선 레이저 거리 측정 데이터 등을 통해 달의 상세한 관측 데이터(질량·밀도·자전방식·조석에 의한 달 변형·지구와 달의 거리 변화 등)를 수집했다. 이와 함께 다양한 코어 재료 물질을 상정한 시뮬레이션을 통해 관측 데이터에 가장 부합하는 물질을 발견했다. 

분석 결과, 달에는 '철에 가까운 밀도(7822kg/㎥)의 금속으로 구성된 내핵'이 존재하는 것으로 드러났다. 

이 모델에 따르면 달의 외핵의 반경은 약 362km이다. 또 내핵의 크기는 반경 258km이며, 이는 달 전체 부피의 약 15%에 해당한다. 

또 달이 형성되는 과정에서 핵과 맨틀의 구성 물질이 바뀌는 맨틀 오버턴(mantle overturn)이 일어났다는 사실도 드러났다. 맨틀 오버턴의 발생은 달 표층 부근에 철이 대량으로 존재하는 이유를 설명하는 데 도움이 된다.