[강희문 논문] 수성, 화성, 달의 탄생

2006년 노벨상을 예약합니다.(3) – 2006년 1월 25일 동아일보에 발표한 논문 내용

수성, 화성, 달의 탄생은 35억 년 전 지구의 내부 폭발에 의해서 초고압으로 분출된 용암이 우주공간에서 뭉쳐서 형성된 것이다.

[1] 소행성대 생성

46억 년 전 태어난 태양계 혜성 중 황도 경사각이 큰 위치에서 불안정한 공전을 하던 한 혜성이 35억 년 전 더 이상 물리적 힘의 변화(원반궤도 형성이론)을 극복하지 못하고 지구와 목성사이를 공전하고 있던 행성과 충돌, 완전히 파괴되면서 소행성대를 형성 하였다.

[2] 원시지구의 특징

여기서 원시지구는 35억 년 전 지구와 소행성대 파편이 충돌하기 전의 상태를 말한다.

	원시지구	현재지구
구분기준	46~35억 년 전	35억 년 이후
적도반경	7070km(약700km큼)	6370km
자전속도	4시간(약 6배 빠름)	24시간
물	없음	있음
대기	없음	있음
생명체	없음	있음
자기장	없음	있음
내부구조	고체:지각,맨틀 150km 액체:맨틀 및 외핵,내핵	고체:지각,맨틀,외핵,내핵

[3] 원시지구와 철 운석 파편(소행성대 잔해)의 충돌

소행성대의 파편이 확산되면서 조금씩 원시지구와 충돌을 하기 시작했다. 이때 원시지구는 위의 표에서 보는 봐와 같이 대기권이 거의 없었기 때문에 현재와 같이 운석이 지구로 들어올 때 대기권의 마찰에 의해서 유성과 같이 타거나, 속도가 느려지는 현상이 없이 바로 지구에 충격을 주기 시작했다.

즉 대기가 없는 달에 운석이 충돌하는 경우와 같은 것이다. 때문에 그때의 충돌에너지는 목성에 충돌한 슈메이커 혜성보다 충격이 더 컸던 것이다.

[4] 철 운석의 지구내부 폭발

이 엄청난 무게와 속도를 가진 철 운석은 아래의 그림과 같이 약 150km 지각 맨틀을 뚫고 지구 내부로 들어가 폭발을 했던 것이다. (벙커 파괴용 폭탄인 벙커 버스트와 같음)

[5] 원시지구의 내부압력 증가와 판 구조론의 형성

지구 내부로 들어가 폭발한 철 운석이 분진화가 되면서 초고압이 발생하게 되었다. 지구 내부에서 발생한 초고압은 원시지구를 폭발 직전까지 만들었고 그 충격으로 인하여 약 150km 두께로 형성된 지각맨틀에 균열이 발생하게 되었다. 바로 이것이 우리가 학창시절에 공부했던 판 구조론의 원인인 것이다.

[6] 수성, 화성, 달의 원시지구 이탈 에너지

원시지구 내부의 초고압이 빠져 나갈 수 있는 유일한 길은 철 운석이 뚫어 놓은 구멍 뿐 이었다.

그 구멍을 통해서 내부의 용암은 지각 맨틀 약 150km 두께를 균열시킨 초고압의 힘으로 우주를 향해서 분출을 시작했다. 이때 앞의 표(2-2-1)에서 보았듯이 지금의 지구보다 6배 빠른 자전력은 우주를 향해 치솟는 용암 줄기에 가속도를 더 하는 역할을 하였고, 여기에 희박한 대기는 치솟는 용암 줄기를 지금보다 빨리 우주공간으로 떠날 수 있게 하였다.

[7] 수성, 화성, 달의 생성 순서

원시지구 내부의 폭발에 의해 용암이 분출되는 순서는 중심에 가까운 쪽이 먼저 나오고 나중에 지각 쪽의 용암이 분출된다. 즉 밀도가 높은 용암이 먼저 분출되고 낮은 용암은 나중에 분출되는 것이다. 따라서 밀도가 높은 수성(5.5g/cm3)이 가장 먼저 분출되고 그 다음 밀도가 높은 화성(3.9g/cm3)이 마지막엔 달(3.34g/cm3)이 지구로 부터 이탈 되었던 것이다.

[8] 로시 한계의 탈출

달이 지구로 부터 떨어져 나갈 수는 없다. 그것은 로시 한계 때문에 달이 파괴 된다는 것이다. 그러나 액체 용암의 형태로 수성, 화성, 달은 지구의 로시 한계를 벗어날 수 있었다.

[9] 수성, 화성, 달의 공전궤도 형성

원시지구의 로시 한계를 벗어날 때 분리 되었던 용암은 로시 한계를 완전히 벗어나면서 부터 다시 뭉치기 시작했고, 공전 궤도도 커지면서 지구의 중력 영향권을 벗어나기 시작했다. 초기에 충분한 이탈 에너지를 받았던 수성과 화성은 지구의 중력권을 완전히 벗어나 공전궤도를 형성할 수 있었으나 압력이 떨어진 후 분출된 용암에 의해서 형성된 달은 충분한 이탈 에너지를 얻지 못하여 지구의 중력권을 벗어나지 못하고 지구의 위성으로 붙잡히게 되었다.

[10] 하와이는 수성, 화성, 달을 탄생시킨 고향이다.

생성 분화구(철 운석의 충돌 위치)

과연 수성, 화성, 달을 탄생시킨 철 운석이 뚫어놓은 구멍은 어디인가? 그곳은 분명 거대한 분출 흔적이 있는 곳이다. 초고압으로 분출되어 수성, 화성, 달을 형성 시킨 용암 줄기는 압력이 약해지자 더 이상 우주공간으로 날아가지 못하고 지표면으로 떨어지기 시작했다. 마치 승천하던 용이 지상으로 떨어져 길게 드러눕듯이 흔적을 남기게 된 것이다. 바로 그 흔적이 하와이에서 캄차카 반도로 이어지는 해저 산맥열도인 엠퍼러해산군(그림2-10-2)이다. 분화구는 하와이 마우나로아 산에 있는 핫스폿이다. 핫스폿에서 나온 유동성 강한 용암이 최소가 될 때까지 줄줄 흘러나와 거대한 하와이섬을 탄생시키게 된 것이다.(그림2-10-1) 달의 용암성분이나 특성이 하와이의 용암과 동일한 이유가 여기에 있는 것이다.