행성 충돌에 의한 달 기원

f705 J-M 수리오: 태양계의 역학에 관하여 (p5)

...지구와 다른 행성의 충돌로 인한 달의 기원이라는 주제는 새로운 것이 아니다. 최근 매우 설득력 있는 수치 시뮬레이션을 통해 과학계의 주목을 받으며 예술가들이 그려낸 아름다운 이미지들을 통해 이 주제가 주목받고 있다. 나는 다음과 같이 가정적 시나리오를 더욱 풍부하게 할 것을 제안한다.

• 초기 지구는 일반적인 황금비율 법칙에 더 잘 부합하는 궤도를 따라 움직였을 수 있다. 아마도 이미 대기를 형성했을 수도 있으며, 태양계의 초기 단계에서 충돌이 일어났다면 초기 생명체를 지녔을 가능성도 있다. 그러나 충돌이 비교적 최근에 일어났다면 그 가능성은 낮을 것이다.

• 클레어가 추측한 것처럼, 거대하고 금속(철) 성분이 풍부한 행성과의 충돌 또는 그 충돌의 일부가 발생한다.

• 이 충돌은 엄청난 '붕괴'를 동반한다. 지구의 지각이 찢어지고, 지각의 조각들과 지구 마그마의 조각들이 방출된다. 이러한 물질들이 젊은 달을 형성했을 뿐 아니라, 다른 행성들의 미래 위성들과 함께 소행성 군집을 구성했을 가능성도 있다.

• 일부 방출된 물체는 거대한 행성에 의해 포획되어 비공명 궤도를 가진 위성으로 변한다. 반면 공명 궤도를 따르는 위성은 본래의 기원을 가진 위성으로 간주된다.

• 충돌의 원인이 되는 물체들은 '목성의 고리'를 파괴하여, 이후의 혜성들을 형성한다.

• 일부 물질들은 소행성대를 형성하며 비공명 궤도에 합류한다.

• 충돌한 천체의 일부 질량은 지구에 흡수되어 지구의 철 핵을 형성한다.

• 이후 지구는 '비공명 궤도'를 획득하게 된다. 위에서 언급한 황금비율에 해당하는 도표를 참조하라.

• 이 충돌체 X(정의 필요)와의 충돌 시 지구의 마그마가 분출되어 초기 지구 지각의 중요한 부분을 덮게 된다.

그림 13 (p020): 충돌이 발생한 직후. 표면 마그마와 지구 지각의 조각이 방출되고 있다. 충돌이 완전히 정면이 아니었기 때문에, 방출된 물체 중 하나(미래의 달)도 함께 방출되었다. 마그마는 꽃 모양으로 지구에 다시 떨어진다.

...충돌이 실제로 발생했는지 여부에 따라 초기 지구의 상태에 대해 어떤 것도 추측할 수 없다. 충돌 전에 이미 대기를 분비했을 수도 있고, 초기 생명체를 지녔을 수도 있다. 만약 이 재앙이 상당히 늦게 일어났다면, 이미 매우 조직화된 생명체 또는 심지어 문명이 존재했을 가능성도 있으며, 이는 사고로 인해 심각하게 파괴되었을 것이다.

...충돌로 인한 운동 에너지는 마그마를 가열하고, 다시 강력한 화산 활동을 유도하여 '이차적인 초기 대기'를 재형성한다.

그림 14 (p021): 충돌 이후. 달이 형성되기 시작한다. 지구는 원형으로 회복되었다.

...마그마가 노출된다. 굳어지면서 해저 지각을 형성하며, 두께는 낮다. 가장 큰 상처는 태평양이다.

그림 15: 조각들은 태양계 전역에 흩어지거나 흡수되었다. 달은 구형으로 형성되었으며, 초기 방출 물체로서의 상태를 유지한 채로 무게 중심(불균형)을 유지한다. 지구의 마그마는 굳어지고, 지구의 초기 대기(만일 존재했다면)는 흩어지거나 심각하게 교란되었다. 화산 활동이 다시 활성화되면서, 대류가 재개되며 다시 대기를 형성한다.

...충돌로 인한 열 에너지는 방출되어야 한다. 이 에너지 공급은 대류 흐름을 다시 활성화시킨다. 충돌 전에 존재했고, 이 재앙으로 인해 완전히 파괴되지 않은 생명체는 어쩔 수 없이 다시 활동을 시작한다. 충돌 후 극도로 엄격한 조건 속에서도 초기 생물의 생존이 가능했기에 진화 속도가 가속화되었을 가능성도 있다. 초기 대륙은 지구 초기 지각의 화석으로서, 태양계 내 다른 고체 행성들에서 관측되지 않는 대륙 이동 현상으로 인해 분열되기 시작한다.

...보통 달의 바다(달의 고원)는 소행성과의 충돌로 인해 분출된 용암으로 간주된다. 그런데 왜 이러한 고원들이 지구를 향해 있는가? 달이 여전히 자전하고 있었을 당시, 이러한 강한 충돌이 달의 표면에 균일하게 분포하지 않은 이유는 무엇인가?

...만약 이러한 충돌이 달이 지구를 향해 정렬된 후, 즉 달의 무게 중심으로 인해 발생한 후에 일어났다면, 지구가 달을 보호함으로써 충돌은 더 약해졌을 것이다. 반대로, 지구의 중력에 끌리지 못한 천체들은 달에 충돌하는 것을 억제했을 것이다. 반대로, 달의 반대편(지구에서 보이지 않는 쪽)은 강한 충돌의 흔적이 풍부하다. 이는 입자들이 지구의 중력에 의해 가속되어 달에 충돌했음을 의미한다. 다른 해석: 이러한 달의 바다는 달 쪽의 '상처'일 수 있다. 달은 지구 지각의 일부 조각과 밀도가 높은 마그마의 일부로 구성되었을 수 있다. 이 덩어리가 구형으로 형성될 때, 지구를 향한 밀도 높은 부분이 무게 중심을 형성하게 되었다.

...그러나 수리오가 언급한 또 다른 매우 설득력 있는 대안이 존재한다. 초기 달은 자전하고 있었다. 이후 거대한 충돌이 발생했으며, 이는 조수 효과를 통해, 샤마커-레비 혜성처럼 충돌 전에 조각난 단일 밀도 높은 천체였다. 이 조각들은 매우 빠른 속도로 달의 표면에 떨어져 젊은 달의 지각을 관통하고, 마그마가 분출되게 했다. 그 결과가 바로 달의 바다이다. 모든 달의 바다는 동일한 순간, 동일한 다중 충돌 사건으로 형성되었다. 그러나 이 조각들은 이미 너무 점성이 높아졌기 때문에 달의 중심으로 자유롭게 흘러들지 못했고, 지각 아래에 고정되어 '마스콘'(질량 집중 영역)을 형성했다. 이러한 구조가 달의 무게 중심을 형성하게 되었고, 달은 더 이상 자전하지 않게 되었다.

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