달 착륙 40년만에 달 표면 물 지도 완성

극지로 갈수록 많아지지만 지구 사막보다 적어
땅속 층위별로 얼마나 분포되어 있는지는 몰라

극지쪽으로 갈수록 물의 양이 늘어나는 경향을 보인다. 노란색 점들은 아폴로 우주선 착륙 지점이다. 브라운대 제공

인류가 달에 처음 착륙한 것은 1969년, 인류가 달에서 처음 물을 찾아낸 것은 그로부터 40년이 지난 2009년이었다. 달 남극 분화구에 무게 2.3톤의 탐사위성 엘크로스(LCROSS)와 2단계 추진로켓을 충돌시키는 방식으로 물의 존재를 확인했다. 지름 20미터, 깊이 4미터의 큰 구덩이가 파인 충돌 부분의 사진을 판독한 결과 얼음 형태의 물 90리터 가량을 확인할 수 있었다. 달의 물은 지표면 어디에 얼마나 있을까? 최근 과학자들이 달 표면의 물 분포 지도를 완성했다. 결론은 지구에서 가장 건조한 사막보다 물이 더 적다는 것이었다.

　미 브라운대 연구진이 2009년에 처음 발견된 물과 하이드록실기(-OH, 수소와 산소 원자 한개씩으로 구성된 물 관련 분자) 자료와 인도 찬드라얀1호 달 탐사위성에 실린 나사의 달광물지도작성기(M3)가 보내온 데이터를 활용해 달 표면 전체에 물이 얼마나 있는지를 지도 형태로 계량화했다.

미 항공우주국의 엘크로스 달 탐사위성(왼쪽)과 인도 우주개발기구(ISRO)의 찬드라얀1호. 위키미디어 코먼스, ISRO 제공

태양풍이 달 표면에 부딪히며 물 분자 생성

연구진은 과학저널 <사이언스 어드밴시스>에 실린 논문에서 “물 신호는 이전에 보고된 것처럼 극지에 국한되지 않고 달 표면 거의 전체에서 나타난다”며 “이제 이를 토대로 우주 비행사를 위한 식수로 추출하거나 연료를 생산할 정도의 가치가 있는지를 검토할 수 있게 됐다”고 말했다.

　분석 결과 물의 양은 극지쪽으로 갈수록 많아지는 경향을 보였다. 지형에 따른 차이는 뚜렷하지 않았다. 고위도 지역의 평균 수분 농도는 최대 500~750ppm에 이른다. 연구진은 “이는 지구에서 가장 건조한 사막의 모래에서 발견되는 수분보다 적은 양이지만 아무 것도 없는 것은 아닌 수준이다”라고 밝혔다.

달 맨틀에서 마그마와 함께 물이 분출하는 상상도. 브라운대 제공

　물이 달 표면에 분포돼 있는 모습은 물의 기원에 대한 단서를 알려준다. 그것은 바로 태양풍이다. 물 분포가 들쑥날쑥하지 않고 대체로 균일하며 적도 쪽으로 갈수록 줄어드는 모습을 보이는데, 이런 패턴은 태양풍의 활동과 일치하는 것이라고 연구진은 지적했다. 과학자들은 태양풍에 실려오는 양성자들이 달 표면에 닿은 뒤 거기에 있는 수소, 산소 원자와 결합해 분자 수준의 하이드록실기와 물을 만들어내는 것으로 추정했다.

　그러나 예외도 있다. 예컨대 평균 이상의 수분 농도가 적도 근처의 달 화산 퇴적물에서 발견되는 것은 태양풍으로는 잘 설명이 안된다. 이 수분은 달의 맨틀 깊숙한 곳에서 마그마와 함께 표면으로 분출했을 가능성이 있는 것으로 연구진은 추정했다. 연구진은 “이런 변동을 부르는 정확한 메카니즘이 뭔지는 모르지만, 달 표면에서의 물 형성 과정은 지금도 일어나고 있다”고 말했다.

　연구진은 또 60도 이하의 낮은 위도에서 낮 시간 동안 물의 농도가 변하는 것을 발견했다. 이른 아침과 저녁에는 습기가 높아지고 정오 무렵엔 아주 건조해진다. 변동폭은 200ppm이었다.

달 수자원 활용 방법 연구의 첫 걸음

그러나 달의 물 존재에 대한 인류의 지식은 아직 얄팍하다. 아직도 모르는 것이 너무나 많다. 달의 물에 관한 정보를 알려준 달광학지도작성기는 달 표면에 반사된 빛을 통해 달 표면의 물과 미네랄 존재 여부를 측정한다. 이는 햇빛이 차단된 그늘 지역에 있는 물은 찾아내지 못한다는 걸 뜻한다. 달 극지방의 분화구 바닥이 그런 숨어 있는 곳이다. 많은 과학자들은 이 영구음영지역에도 다량의 얼음물이 존재할 수 있다고 여기지만, 현재로선 확인하기가 어렵다. 또 지도에 표시된 물이 땅속 어디까지 있는지도 명확하지 않다. 연구진은 “인류가 감지할 수 있는 건 고작 땅속 수밀리미터 깊이밖에 되지 않는다”고 밝혔다. 만약 땅속 층위별로 물이 얼마나 분포돼 있는지 알 수 있다면 실제 달에 존재하는 물의 양은 지금과 큰 차이가 날 수도 있다.

　인류는 현재 2030년대 달 기지 건설을 목표로 하고 있다. 달 기지가 제 역할을 하려면 달에 일정 규모의 사람이 상주해야 한다. 그러기 위해선 달 기지 운영과 상주인력의 생활에 필요한 자원을 현지에서 조달할 수 있어야 한다. 이번에 발표된 달의 물 분포 지도는 달의 수자원 활용 방법에 대한 연구를 시작할 수 있는 토대를 마련했다는 점에서 의의가 있다. 연구진은 “이번 연구 결과는 달에서 물을 얻으려면 어디로 가야 할지, 그리고 그것이 경제적으로 의미가 있는지를 생각하는 시작점”이라고 자평했다.
곽노필 선임기자 [e-mail]
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