달의 물

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Elizabeth Zubritsky

2018.02.24

두 번의 탈 탐사 임무에서 얻은 데이터를 분석한 새로운 결과에 따르면, 달의 물은 특정 지역이나 지층에 국한되지 않고 광범위하게 표면 곳곳에 분포되어 있다. 달의 물은 밤이나 낮이나 존재에 시간적 제한은 없지만, 쉽게 접근할 수 있는 존재도 아니다.

이번 달 탐사를 통해 얻은 정보는 연구자들이 달의 물 원천을 이해하고 그것을 쉽게 자원으로 활용할 방법을 이해하는데 도움이 될 수 있을 것이다. 만일 달에 물이 풍부하고, 게다가 접근하기 편하다면, 미래 탐험가들은 그 물을 음용수로서 활용하거나 로켓 연료인 수소와 산소 혹은 호흡을 위한 산소로 변환할 수 있을 것이다.

콜로라도 볼더에 위치한 우주 과학 연구소의 수석 연구원이자 Nature Geoscience에서 발표한 신규 연구의 지도 저자인 Joshua Bandfield는, "물을 나타내는 신호가 항상 존재할 것으로 보기 때문에 어드 시간대 혹은 어떤 위도에서 우리가 물을 찾는지는 중요한 문제가 아니라는 것을 알고 있다. 물의 존재는 표면의 구성에 종속되지 않고 위치가 변하지도 않는 것 같다"라고 말했다.

이번 탐사 결과는, 일부 이전 연구와 상충되는데, 이전 연구에서는 달의 극지방에 보다 많은 물이 존재하며 음력(지구 날짜로 29.5일)에 따라 물신호의 강도는 강했다 약했다는 반복한다는 내용을 부정하고 있다. 이전과 본 연구를 모두 채용한 일부 연구자들은, 달의 물 분자들이 달의 북극 및 남극에 위치한 분화구의 어두운 곳에 위치한 콜드 트랩(cold trap)에 들어갈 때까지 달 표면 여기저기를 "이동(hop)"할 수 있다고 제안했다. 행성 과학에서는 콜드 트랩은 매우 추운 지역으로, 표면과 접촉하게 되는 수증기와 기타 휘발성 물질들이 아마도 수십억 년 동안 안정적으로 머물 것이라 말한다.

지금까지 진행된 탐지 방법의 세부 사항들 때문에 이러한 논쟁이 계속되고 있다. 주된 증거는 달 표면에서 반사되는 태양광의 강도를 측정하는 원격 탐사 계측기에서 얻고 있었다. 물이 존재할 경우, 이러한 계측기들은 약 3 마이크로미터의 파장에서 가시광선 범위 밖, 그리고 적외선 복사 영역 내 존재하는 분광 지문을 집어 낸다.

하지만 달의 표면 역시 스펙트럼의 적외선 영역에서 자체의 빛을 "빛나게(glow)" 하거나 내뿜기(emit) 충분할 만큼 뜨거워질 수도 있다. 해결해야 할 과제는 반사되거나 내뿜는 빛의 혼합을 구별하는 것이다. 이 두 가지 광을 구분하기 위해, 연구자들은 매우 정확한 온도 정보를 가질 필요가 있다.

Bandfield와 그의 동료들은 새로운 방식을 제시했는데, 그것은 NASA의 LRO(Lunar Reconnaissance Orbiter; 달 탐사선)의 Diviner 장비가 수행한 측정에서 상세 모델을 제작하여 온도 정보를 통합하는 것이다. 이 팀은 이 온도 모델을 광물 지도 작성기(Moon Mineralogy Mapper; 가시 및 적외선 분광계로, 캘리포니아 하사데나에 위치한 NASA의 제트 추진 연구소가 인도의 Chandrayaan-1 인공위성에 제공했다)가 초기에 수집한 데이터에 적용했다.

달의 물이 폭넓게 분포되어 있고 상대적으로 움직임이 없다는 새로운 발견은, 달의 물이 하나의 산소 원자와 하나의 수소 원자로 이루어져 H2O의 보다 반응성 큰 동류 분자인 OH로서 주로 존재할 수 있음을 제시하고 있다. 수산기(hydroxyl)라 불리는 OH 역시 오랜 시간 형태를 유지하며 유지되지 않고, 분자를 공격하거나 자신을 화학적으로 분자들에 부착하려는 속성을 가졌다. 따라서 수산기는 활용되기 위해서는 미네랄로부터 추출되어야 할 것이다.

또한 이 연구에서는 달 표면에 존재하는 그 어떤 H2O도 표면에 느슨하게 부착되어 있지 않다는 것도 제시하고 있다. 

텍사스 샌안토니오에 위치한 Southwest Research Institute의 Michael Poston는, "달 표면의 물 혹은 OH가 얼마나 이동성이 있는지에 몇 가지 제한을 둠으로써, 우리는 억지로라도 극 지방의 콜드 트랩에 도달할 수 있는 물의 양을 알 수 있다"라고 말했다.

또한 달에서 일어나는 일들을 정리하면, 물의 원천과, 태양계 전체의 다른 암석체 위에 물에 얼마나 오래 저장되는지를 이해하는데 도움이 될 수 있을 것이다.

연구자들은 아직까지 탐사 결과가 달의 물 원천에 대해 무엇을 말하고 있는지에 대해 토론하고 있다. 비록 이 팀이 OH 혹은 H2O가 달 자체에서 유래할 수 있고, 달이 형성된 이래 묶여 있던 미네랄 내부 깊은 곳에서 천천히 방출되었다는 것을 배제하고 않았지만, 이번 연구 결과는 태양풍이 달 표면을 때림으로써 생성되는 OH 혹은 H2O를 가리키고 있다.

메릴랜드 그린벨트의 NASA 고더드 우주 비행 센터(Goddard Space Flight Center)의 LRO 프로젝트 과학자 John Keller는, "이들 과학적 문제들 중 일부는 매우 매우 풀기 어려우며, 우리가 하나의 답변으로 연마할 수 있는, 어려운 사명에서 얻어진 복수의 자원들에 의지해야만 가능하다"라고 말했다.

*이미지는 여기서: Photo by NASA on Unsplash