우리 인간은 달을 올려다보면 항상 달이 신비롭다고 느낀다. 특히 달의 알려지지 않은 뒷면은 더욱 그렇다. 우리는 종종 그 뒷면을 '달의 어두운 면'이라고 부른다.
여기에는 어떤 비밀이 숨겨져 있을까?
정말 공상과학 영화처럼 우리가 상상할 수 없는 장면들로 가득 찬 걸까요?
이러한 질문은 수십 년 동안 전 세계 과학자와 일반 대중을 괴롭혀 왔습니다.
이제 흥미로운 소식이 전해졌습니다. 창어 6호가 달 뒷면에서 가져온 귀중한 샘플을 바탕으로 중국 과학자들이 마침내 신비의 베일을 벗기고 달에 대한 이해에 있어 역사적인 진전을 이룰 수 있게 되었다는 것입니다.
그렇다면 '달의 어두운 면'이라 불리는 이곳에는 어떤 과거가 있는 걸까? 또 어떤 알려지지 않은 비밀이 숨겨져 있을까?
중국 과학자들은 어떻게 이러한 미스터리를 단계별로 해결했을까?
우선, 아주 먼 옛날, 약 42억 5천만 년 전으로 돌아가 봅시다. 그때는 달이 갓 태어나 아직 아주 어린 행성이었습니다.
과학자들의 추측에 따르면, 그 기간 동안 직경이 약 200km에 달하는 거대한 천체가 우리가 상상할 수 없는 충격력으로 달의 남극에 충돌했습니다.
상상할 수 있듯이 그 장면은 정말 충격적이었고, 어떤 재난 블록버스터보다 훨씬 더 충격적이었습니다.
이 거대한 충돌은 달 뒷면에 거대한 "구덩이"를 직접 만들어냈습니다. 이 "구덩이"의 지름은 놀랍게도 2,500km에 달했고, 깊이는 수백 km에 달했습니다.
충돌로 생성된 엄청난 에너지는 충돌 지역의 달 물질을 녹여 거대한 마그마 웅덩이를 형성했습니다. 과학자들은 이곳을 "남극-에이트켄 분지"라고 부릅니다.
이 충돌분지는 달에 있는 가장 큰 충돌분지일 뿐만 아니라, 달 표면에서 가장 눈에 띄는 지형 중 하나이며, 달의 세 가지 주요 지각 단위의 중요한 부분입니다.
시간이 지나면서 이 거대한 마그마 웅덩이는 천천히 식기 시작했습니다.
이러한 냉각 및 결정화 과정 동안 올리빈과 휘석과 같은 더 무거운 광물은 천천히 마그마 웅덩이의 바닥으로 가라앉아 결국 달의 하부 맨틀을 형성했습니다.
장석과 같은 가벼운 광물은 마그마 웅덩이 위로 떠올라 점차 달 지각을 형성했습니다.
이 과정에서 과학자들은 "남극-에이트켄 고립암"이라는 독특한 암석도 형성되었다고 밝혔습니다.
원래 과학자들은 거대한 충돌로 인해 달의 하부 맨틀에서 "용융 추출" 현상이 발생하여 그곳의 물질이 "매우 부족"해졌거나, 과학적 용어로 "호환되지 않는 원소와 물이 극도로 고갈"되었다고 이론화했습니다.
이 "불모지" 상태는 달 맨틀의 물질이 "극도로 고갈"되었음을 의미합니다. 논리적으로 볼 때, 이 물질들은 다시 녹지 않아야 하며, 이는 더 이상 화산 폭발이 일어나지 않을 것임을 의미합니다.
하지만 예상치 못한 일이 일어났습니다.
약 28억 년 전, 달 내부의 "활력"이 갑자기 증가했습니다. 이 갑작스러운 힘은 달 맨틀의 용융을 다시 촉발했고, 이는 대규모 화산 폭발을 일으켰습니다.
이 화산에서 분출된 용암은 마치 고대의 "달 일기"와 같으며, 달 내부의 활력이 증가한 이 중요한 사건을 충실히 기록하고 있습니다.
중국과학원 우푸위안 원사는 기자회견에서 이 과정을 "거대 충돌 이론"과 "마그마 바다 이론"이 완벽하게 결합된 것이라고 생생하게 설명하면서 달 진화의 복잡한 과정을 생생하게 보여주었습니다.
더욱 흥미로운 것은 우원사가 우리나라 과학 연구팀이 창어 6호가 달 뒷면에서 가져온 샘플을 이용해 최신 연구 성과 4개를 달성했으며, 이 성과가 세계 최고 학술지인 네이처에 표지 논문으로 게재되었다고 발표했다는 것입니다.
이 네 가지 연구는 달 뒷면의 마그마 활동, 달의 고대 자기장, 달 맨틀의 수분 함량, 그리고 달 맨틀의 진화적 특징을 심층적으로 밝혀냈습니다. 인간이 달 뒷면의 진화 역사를 완전히 밝혀내고 "최초의" 핵심적인 진전을 이룬 것은 이번이 처음입니다.
아시다시피, 이전에 과학계에서 달의 뒷면에 대한 이해는 주로 원격 감지 데이터에 기반을 두었습니다. 이는 안개 층을 통해 무언가를 보는 것과 같아서 항상 불분명합니다.
그리고 중국과학원 왕치 학자의 말처럼, 중국 과학자들이 창어 6호 달 샘플을 통해 이뤄낸 일련의 중요한 발견은 달에 대한 인간의 이해를 끊임없이 뒤집고 새롭게 하고 있습니다.
오랫동안 인간은 달의 뒷면에 대해 호기심을 가지고 있었고, 달의 "이중성"에 대한 신비를 끊임없이 탐구해 왔습니다.
달은 지구와 마찬가지로 내부에서 외부로 달 핵, 달 맨틀, 달 지각으로 나뉩니다.
하지만 이상하게도 달의 앞면과 뒷면 사이에는 엄청난 차이가 있습니다. 앞면은 비교적 평평하고 광활한 현무암 평원이 있는 반면, 뒷면은 고지대와 달 바다가 거의 없습니다.
이러한 형태, 구성, 지각 두께, 마그마 활동 등의 현저한 차이를 "달의 이중성"이라고 합니다.
이 미스터리를 풀기 위해 창어 6호는 2024년 6월 1,935.3그램의 달 뒷면 샘플을 지구로 가져오는 데 성공하는 막중한 책임을 맡았습니다. 이는 의심할 여지 없이 인간이 달 진화의 역사를 해독하는 데 중요한 "열쇠"를 제공했습니다.
미국 국립과학원 회원인 리처드 칼슨은 이를 극찬했습니다. 그는 창어 6호의 가장 인상적인 점은 이전에는 도달 불가능하다고 여겨졌던 달 뒷면의 착륙 지점에서 샘플 채취 임무를 성공적으로 수행했다는 점이라고 말했습니다.
가장 중요한 점은, 남극 에이트켄 분지 근처 달 뒷면 지역에서 샘플을 채취했다는 점인데, 이는 정말 놀라운 업적입니다.
과학자들은 샘플을 얻은 후, 시간과의 경쟁을 벌이며 연구를 진행했습니다.
창어 6호의 성과에 대한 연구 논문의 제1저자이자 중국과학원 국립천문대의 연구원인 저우친과 그녀의 팀은 창어 6호가 가져온 샘플에 있는 현무암 조각에 대한 세심한 분석을 수행했습니다. 여기에는 암석의 구조, 광물의 구성을 관찰하고, 특별한 "화학적 지문"(스트론튬-네오디뮴 동위 원소 등)을 분석하는 것이 포함되었습니다.
그 결과, 그들은 이 현무암을 형성한 "초기 원료", 즉 달 내부 깊숙한 곳에 있는 물질이 실제로는 "초고갈"되었다는 것을 발견했는데, 이는 과학에서 매우 중요한 발견입니다.
저우친은 이러한 발견이 달의 초기 내부가 어떻게 층을 이루고, 냉각되고, 진화했는지에 대한 우리의 이해에 고유한 정보를 제공하며, 달의 앞면과 뒷면 사이의 엄청난 차이에 대한 미스터리를 푸는 데 중요한 단계라고 설명했습니다.
중국과학원 원사 리셴화(李賢华)는 이번 일련의 결과를 통해 처음으로 남극-에이트켄 대형 충돌 효과를 체계적으로 밝혀냈다고 말하며, 이는 달 과학의 일급 과학적 문제일 뿐만 아니라 미래 연구의 중요한 방향이라고 덧붙였다.
이런 중요한 과학적 혁신은 하룻밤 사이에 일어난 것이 아닙니다.
사실, 창어 6호가 발사되기 1년 전에 다양한 과학 연구 계획이 "온라인으로 시작"되었습니다.
우푸위안 원사는 중국 지질지구물리연구소가 이르면 2023년 5월 창어 5호 샘플 연구를 기반으로 특별 연구팀을 구성했다고 밝혔습니다. 이 연구팀에서는 매주 과학 토론을 진행하고 창어 6호 샘플 연구를 위한 만반의 준비를 갖추고 있습니다.
2024년 5월 3일, 창어 6호 발사 당일, 지질지구물리학 연구소는 원창 우주발사장에 창어 6호 "돌격팀"을 즉석에서 설치했습니다. 연구소 소속 연구원인 양웨이가 팀장으로 참여했는데, 이는 연구소가 이 임무에 얼마나 큰 중요성을 두고 있는지를 보여줍니다.
5월 31일까지 지질지구물리학연구소는 창어 6호 샘플 핵심 프로젝트를 전개하고 4개의 주요 연구 주제를 설정했습니다. 두 번째 주제는 창어 6호 샘플의 실험 분석으로, 이를 위해 7가지 측면에서 세부 설계를 수행했습니다.
마침내 8월 24일, 연구소 소속의 연구자 3명인 리추리, 양웨이, 차이슈후이가 그들이 오랫동안 기다리던 창어 6호 달 샘플을 손에 넣었습니다.
그날 창어 6호 달 샘플 연구 프로젝트 발사 회의에서 창어 6호 "돌격대"는 "명확한 목표, 엄격한 질서, 신중한 계획, 협력적 노력"이라는 구호를 외쳤습니다. 이는 그들의 결의일 뿐만 아니라, 그들의 행동의 진정한 반영이기도 합니다.
한 달 남짓 후인 9월 10일, 각 팀은 현무암 연대, 암석학, 지구화학, 수분 함량, 자기학, 그리고 희소 가스에 관한 여섯 편의 연구 논문을 제출했습니다. 그 속도와 효율성은 그야말로 놀라웠습니다.
창어 6호 임무 전체 기간 동안 국가 천문대는 과학적 목표 설계와 착륙 지점 선택부터 탑재체 명령 업링크, 데이터 수신 및 처리, 샘플 개봉, 준비 및 분석에 이르기까지 전체 작업 체인을 맡았으며 그 기여는 없어서는 안 될 것이라고 할 수 있습니다.
중국과학원 광저우 지구화학연구소는 원사 한 명을 필두로 30명 이상의 젊은 과학 연구자들로 구성된 강력한 연구팀을 구성했습니다. 이들은 시료 전처리, 이미징 작업부터 조성 연대 측정, 미량 원소 분석, 동위원소 분석에 이르기까지, 그리고 각 연구원의 일상 업무 계획까지 아우르는 상세한 시험 계획을 수립했습니다.
리린시는 지질학 및 지구물리학 연구소에서 2000년 이후 박사과정을 밟고 있는 학생이며, 달 맨틀의 수분 함량에 관한 논문의 공동 제1저자입니다.
그는 그 긴장감 넘치고 보람찼던 시간을 회상하며 이렇게 말했습니다. "창어 6호 달 샘플을 받은 후, 각 연구팀의 멘토들은 즉시 집중적인 연구에 착수했고, 모두 함께 연구하고 논문을 작성했습니다." 그의 "달의 휘발성 물질" 연구팀에서는 기본적으로 "3교대" 방식으로 실험과 논문 수정 작업을 진행하며 밤낮으로 시간과의 싸움을 벌였습니다.
그를 가장 설레게 했던 것은 달의 수분 함량을 측정하여 달 뒷면 내부가 "매우 건조"했음을 증명할 수 있는 데이터를 얻었을 때였습니다. "거기서 보낸 몇 밤이 헛되지 않았다는 것을 느꼈습니다." 과학적 돌파구에서 얻은 기쁨과 성취감은 어떤 힘든 노력과도 비교할 수 없었습니다.
같은 연구 그룹의 박사후 연구원인 허휘춘(He Huicun)도 같은 생각입니다. 그는 이렇게 생각합니다. "초기 단계에서 많은 '리허설'과 사전 실험을 진행했기 때문에 연구 결과에 대한 기대감을 갖고 중요한 순간에 신속하고 효과적으로 만족스러운 답을 제시할 수 있었습니다."
중국 달 탐사 프로젝트 1단계 수석 과학자이자 중국과학원 원사인 오우양 쯔위안은 기자회견에서 오랫동안 미국과 소련의 달 샘플은 40억 년에서 30억 년 전의 달의 일부만 밝혀냈으며, 이는 "우리가 달의 어린 시절과 성인 시절만 알고 있는 것과 마찬가지"라고 애정 어린 어조로 말했습니다. 달의 진화에 대한 전체 역사 지도는 중요한 부분이 빠진 "조각난 두루마리"와 같습니다.
하지만 지금은 상황이 완전히 달라졌습니다.
창어 5호는 약 20억 년 된 지금까지 가장 "어린" 달 화산암을 달의 앞면에서 채취하여 달의 후기 화산 활동의 역사적 공백을 메웠습니다.
더 중요한 점은, 창어-6 샘플에서 가장 오래된 현무암이 42억 년 전으로 거슬러 올라가는데, 그 당시 달의 나이는 불과 2억~3억 년에 불과했다는 것입니다!
즉, 창어 5호에서 창어 6호까지의 표본 연구는 달 진화 역사에 대한 중요한 세부 사항을 추가했으며, 달에 대한 우리의 이해를 '젊고 중년기'에서 '청소년기'로 확장하여 달의 거의 전체 수명 주기를 포괄한다는 의미입니다.
중국 과학자들의 연구 결과는 달 연구의 두 가지 핵심 문제, 즉 "하나의 오래된 문제"(가장 오래된 달 역사)와 "하나의 새로운 문제"(가장 최근의 달 화산 활동) 해결에 앞장서고 있습니다. 이는 의심할 여지 없이 "달 연구의 새로운 시대를 열었고 중요한 공헌을 했습니다."
원사 오우양쯔위안은 감동적인 어조로 "저는 항상 여러분의 노고를 느꼈습니다. 감사합니다!"라고 말했습니다. 이는 과학 연구자들에 대한 긍정일 뿐만 아니라 중국의 달 탐사에 대한 진심 어린 찬사이기도 합니다.
창어 5호부터 창어 6호까지의 표본 연구부터 난징대학교의 젊은 학생들이 인턴십과 실습을 위해 지질지구물리학 연구소에 왔다는 점은 언급할 가치가 있습니다. 중국 과학자들의 선배 세대의 지도 아래, 이들은 29편의 논문을 발표하며 점차 과학 연구 분야에서 "선두주자"로 부상했습니다.
리린시는 어렸을 때 다양한 "작은 돌"을 주워 모으는 것을 특히 좋아했습니다. 그는 난징 대학교에서 암석학을 전공했습니다.
그는 3학년 여름방학 동안 지질학 및 지구물리학 연구소에서 인턴십을 했고, 창어 5호의 샘플 연구 작업에 참여했습니다.
그는 기자들에게 이렇게 말했습니다. "창어 5호 임무 이전에는 우리나라 탐사선이 외계 샘플을 확보하지 못했고, 저도 샘플 분석 과정을 배우고 있었습니다. 이제 창어 6호 샘플 연구는 초기 단계에서 모든 구성원이 시점과 업무를 분담하여 공동 연구에 집중하고 있습니다. 저를 포함한 많은 학생들이 자체적인 과학 연구 업무를 담당할 수도 있습니다." 작은 "암석 조각"에서 우주 전체의 신비를 탐구하는 것은 모든 "달 탐사대"의 사명이자 임무입니다.
이번에 발표된 최신 연구 성과 4개 중 지질지구물리학 연구소 박사후 연구원인 장첸은 주로 창어 6호 현무암 시료의 고정밀 연대 분석을 담당했습니다.
그는 이렇게 설명했습니다. "주로 샘플링 지점에서 '국부' 현무암의 풍화 및 파편화로 형성된 창어 5호 달 토양과 비교했을 때, 창어 6호 달 토양은 '이물질'이 더 많고 명백히 더 복잡합니다. 이로 인해 연대기 연구에 더 많은 부담이 가해지며, 각각의 작은 '암석 파편'을 독립적인 표본으로 취급하고 가능한 한 각 '암석 파편'의 연대를 정확하게 측정해야 합니다." 노력은 결실을 맺습니다. 장첸의 연구팀은 창어 6호 달 토양 샘플에 있는 108개의 대표적인 현무암 암석 파편에 대해 체계적인 암석학적 및 연대기적 분석을 수행했습니다.
그들은 107개의 현무암 파편이 약 28억 년 전 샘플링 장소에서 발생한 화산 폭발로 형성되었다는 사실을 발견하고 기뻤으며, 이를 통해 그 기간 동안 달 내부에서 활발한 마그마 활동이 있었음을 다시 한번 확인했습니다.
더욱 흥미로운 것은 42억 년 전에 형성된 특별한 "고알루미늄" 현무암 조각도 발견했다는 것입니다. 이 암석 조각은 달 뒷면의 다른 현무암 지대에서 튀어 나온 것입니다. 마치 먼 옛날에서 온 메신저처럼, 달의 초기 진화에 대한 귀중한 정보를 우리에게 전해주고 있습니다.
달 맨틀의 수분 함량 연구에 참여했던 허휘춘은 창어 5호의 샘플 분석 작업에도 참여했습니다.
그는 감동적인 어조로 이렇게 말했습니다. "창어 5호는 저 멀리 있는 '달'을 우리에게 가져다주어 가까이서 감상할 기회를 주었고, 창어 6호는 '달의 어두운 면'에 대한 미스터리를 밝혀냈습니다. 이 연구들은 매우 흥미롭고, 연구 결과도 매우 흥미진진합니다!" 이것이 바로 중국 항공우주 산업이 젊은 세대의 과학 연구자들에게 제공하는 기회이자 무대입니다.
이 계획에 따르면, 우리나라는 2026년경에 창어 7호를 발사하여 달 남극의 환경과 자원을 더욱 자세히 조사할 예정이며, 2028년경에는 창어 8호도 발사하여 달 자원의 현장 활용 기술을 검증할 예정입니다. 이는 이후 달 과학 연구 기지 건설을 위한 튼튼한 토대를 마련하는 데에도 큰 도움이 될 것입니다.
허휘춘은 자신감 넘치는 어조로 이렇게 말했습니다. "달 토양 확보는 중국 우주 프로그램의 위대한 업적입니다. 또한 젊은 과학 연구자들에게 무대와 기회를 제공합니다. 우리는 좋은 시기에 왔습니다! '별과 바다로 가는 우리의 여정'은 점차 현실이 되어가고 있습니다." 이 열정적인 말은 한 세대 과학 연구자들의 목소리를 대변할 뿐만 아니라 중국 우주 프로그램의 밝은 미래를 예고합니다.