화성, 거대 행성과의 충돌 가능성 제기

화성이 태양계에서 가장 거대한 충돌 구조를 품고 있을런지 모른다. 거대 충돌의 결과 현재와 같이 극단적으로 양분된 모습, 말하자면 남반구는 크레이터로 가득한 고원 지대이고 북반구는 매끄러운 저지대로 나뉘었을 가능성이 있다. 위 일러스트레이션은 캘리포니아 공과대학의 충돌 시뮬레이션에 바이킹 탐사선과 MOLA(Mars Orbiter Laser Altimeter)가 촬영한 표면 이미지를 중첩시킨 것이다. 화성은 두 개의 얼굴을 갖고 있다: 북반구는 매끄러운 저지대, 남반구는 고원 지대로 수많은 충돌 크레이터가 새겨져 있다. 코넬대학교의 행성학자 Steven Squyres 氏는 “이는 화성의 가장 확연한 특징으로서 그 양분 과정을 밝히는 것이야말로 화성의 역사를 이해하는데 무엇보다도 중요한 일”이라고까지 한다. 마침 Nature 誌 6월 26일자에 이에 관한 세 편의 눈문이 실렸다. 그 중 하나의 主저자인 Francis Nimmo 氏는 “뭔가 거대한 것이 화성에 충돌하여 지각 반쪽을 벗겨서 날려 버렸다”고 주장한다. 일찌기 1984년 Squyres 氏와 지금은 은퇴한 천문지질학자 Don E. Whilhelms 氏는 단 한번의 거대 충돌로 인해 화성의 표면이 둘로 나뉘었을 가능성을 제기했었다. 이는 화성 내부 모종의 지질운동이나 혹은 여러 차례의 거듭된 소행성 충돌로 인해 북반구의 지각이 4km 가량 가라앉으면서 남반구에 비해 얇아졌을 것이라는 당대의 학설에 새로운 대안을 제시한 것이었다. 사실 이 가설은 원시 지구에 거대 충돌의 여파로 달이 만들어졌을 것이라는 이론에서 아이디어를 얻은 것이었다. Squyres 氏는 “우린 당시 어떤 구체적인 계산을 한 것도, 증거가 있었던 것도 아니었다. 단지 아이디어를 제시한 것이었으며 이후 25년 간 그저 그 상태로 남아있었다”고 회고한다. 이제 그들은 새로운 연구를 통해서 그 막연한 아이디어에 현실적이고 과학적인 근거를 제시할 수 있게 되었다 - 40억년 전 하나의 소행성 혹은 혜성이 화성 북반구를 강타했다는 것이다. MIT의 행성과학자인 Jeffrey Andrews-Hanna 氏는 최근 두 개의 화성 오비터로부터 얻은 데이터들을 바탕으로 화성 표면 지각의 두께를 측정하였습니다. 화성 북반구 일부 지역에 있는, 화산 활동으로 인한 암석층을 제거하고 나니 그 밑에 숨겨져 있던 북반구의 솔찍한 고대 표면을 들여다 볼 수 있었다. 그 결과물은 화성 전체 표면의 40%를 차지하고 있는 거대한 충돌의 흔적이었다. “타원형의 경계부위가 특징적입니다. 이러한 모양을 만들 수 있는 유일한 길은 충돌 뿐입니다”라고 Andrews-Hanna 氏는 말했다. 길이 10,600 kmg, 너비 8,500 km로서 아시아, 유럽, 그리고 호주를 모두 합쳐놓은 엄청난 크기의 이 Borealis 베이신은 지금까지 태양계 내에서 발견된 가장 큰 맘모스급 크레이터이다. 형태 또한 다른 거대 크레이터 - 예컨대 화성의 Hellas 베이신이나 달 남극의 Aitken 베이신과 유사하다는 설명이다. 물론 크기는 그들 각각의 네 배에 달한다. Squyres/Wilhems 팀이 1980년 대 이 지역을 거대 충돌 흔적의 일부분으로 의심했을 당시 ‘Borealis’ 베이신이란 이름을 붙였었다. 하지만 인근의 용암 분출로 베이신 주변 경계의 1/3 이상이 숨겨져 있었기 때문에 거대 충돌 크레이터일 가능성은 줄곳 간과되어져 왔다. “이번 연구 결과에 따라 화성 표면의 생성 과정에 대한 과학계의 입장에도 변화가 있어야 할 듯 하다. 모든 정황들은 충돌 시나리오와 완벽히 맞아 떨어지며 저희 연구 결과는 최근 발행된 다른 두 개의 독립적인 논문들과도 일맥상통한다” Andrews-Henna 氏의 말이다. 이 MIT 과학자가 지목한 두 개의 다른 논문들은 충돌체가 화성의 어디를 때렸는지, 그리고 그 충돌 규모는 어느 정도였는지에 관한 내용을 다루고 있다. 그들 또한 거대 충돌로 인해 화성 북반구의 표면 지각이 녹아내렸고 결국 얇은 지각만 남겨두게 되므로서 오늘날 남극의 두터운 지각과 극명한 대조를 이룬다고 결론짓고 있다. 이들은 또한 여러가지 다른 사이즈의 충돌체로 시뮬레이션을 하여 가장 적당한 크기의 충돌체 모델과 충돌 지점을 제시하기도 했다. 숨겨진 충돌의 흔적. 화성은 태양계에서 가장 거대한 충돌 흔적을 갖고 있으며 이 지역에는 “Borealis Basin”이란 이름이 붙여졌다. 현재 화성의 표면(왼쪽 상단)과 Tharsis 지역의 화산 분출 결과물들을 가상적으로 치웠을 때 드러나는 이 베이신의 모습(오른쪽 상단)을 보여준다. 하단은 태양계의 다른 거대 충돌 베이신, 화성의 Hellas와 달의 Aitken 베이신으로 모두 유사한 타원형을 하고 있지만 이들은 Borealis에 비해 1/4 크기 밖에 되지 않는다. Borealis 베이신의 주변에는 크레이터 언저리가 없는데 이는 아마도 충돌체가 워낙 커서 충돌시 대부분의 화성 지각 물질들을 멀리 날려버렸기 때문일 것으로 추정되고 있다. 이들 두 연구팀은 Andrews-Hanna 팀과는 별도로 독립적인 연구를 진행하여 충돌 예상 지점을 집어냈고 그 결과는 Andrews-Hanna 팀의 결과와 거의 동일했다. 또한 충돌체의 크기도 현재 달의 1/10~2/3 크기에 달했을 것으로 결론지었다.