[오늘의 우주이야기] 달 형성의 다섯 가설 - 테이아는 실존했을까?

달이 어떻게 생겼냐고 물으면 다들 "거대충돌설" 정도는 들어보셨을 텐데, 사실 이게 정설로 자리 잡은 과정이 생각보다 꼬여 있더라고요.

가장 유명한 버전은 이런 얘기예요. 지구가 아직 어릴 때, 화성만 한 행성 테이아가 와서 부딪혔고, 그때 튕겨 나간 파편들이 다시 모여서 달이 됐다는 거죠. 그런데 여기서 반전이 하나 있어요. 달과 지구가 너무 닮았다는 게 오히려 문제가 됩니다. 아폴로 때 가져온 달 암석을 분석해보면 지구 암석이랑 거의 구별이 안 돼요. 테이아가 태양계 다른 지역에서 왔다면 성분이 좀 달라야 정상인데, 그게 아니라서 테이아가 원래 지구랑 비슷한 조성이었거나, 충돌 자체를 다르게 설명해야 한다는 연구들이 계속 나오고 있어요.

사실 달 기원 가설은 이것 말고도 네 개가 더 있었습니다. 1879년 조지 다윈이 내놓은 분열설은 빠르게 돌던 지구에서 일부가 떨어져 나갔다는 주장인데, 뒷받침할 증거가 부족해서 지금은 거의 폐기됐고요. 1909년 토머스 잭슨 시의 포획설은 떠돌던 천체가 지구 중력에 잡혔다는 얘기인데, 이것도 암석이 닮았다는 사실이랑 안 맞아요. 쌍둥이설은 지구와 달이 같은 구름에서 같이 태어났다는 주장이라 재료가 비슷한 건 설명되는데, 달에 철이 적고 각운동량이 큰 건 설명이 안 됩니다. 거대충돌설과 가장 가까운 사촌으로 다중충돌설도 있는데, 큰 충돌 한 번이 아니라 작은 충돌이 여러 번 쌓여서 달이 됐다는 쪽이에요.

확률 계산도 꽤 재밌었어요. 캐이브와 코완이라는 연구팀이 시뮬레이션 150개를 돌려서 테이아가 지구와 같은 지역에서 왔을 확률을 5% 이하로 봤는데, 2015년 연구는 20~40%, 2017년 연구는 5~18%로 나왔습니다. 계산 기준을 어떻게 잡느냐에 따라 숫자가 이렇게까지 벌어진다는 거예요.

더 흥미로운 아이디어도 있는데, 추크와 스튜어트는 충돌 전 지구가 하루에 2~3시간씩 도는 빠른 팽이였다고 주장해요. 그러다가 해와 달의 힘이 얽힌 공명 효과로 자전이 점점 느려져서 지금의 24시간이 됐다는 거죠. 락과 스튜어트는 2018년에 충돌로 지구가 통째로 녹아서 도넛 모양의 뜨거운 증기 구름("신스티아")이 됐고, 그 안에서 달이 뭉쳐 나왔다는 가설을 냈습니다. 아직 직접 관측된 적은 없는 구조라 가설 단계예요. 2026년 덴튼 등의 연구는 테이아의 온도에 따라 달이 한 번에 뭉쳐 만들어지기도 하고, 잔해 고리에서 천천히 자라기도 한다고 봤는데, 달의 나이 추정치도 연구마다 6천만 년 전부터 1억~1억 5천만 년 전까지 꽤 벌어져 있습니다.

다섯 가지 가설을 쭉 늘어놓고 보니, 아직 완전히 끝난 얘기가 아니라는 느낌이 들더라고요.

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