지난 2019년 1월 3일 중국 달 탐사선 '창어(嫦娥) 4호'가 인류 최초로 달 뒷면에 착륙해 촬영한 사진. 신화통신

중국 우주선이 달에서 채취한 흙에서 물의 흔적이 발견됐다. 특히 지금까지 알려졌던 ‘태양풍에 의해 생성된 물’뿐만 아니라 달에서 기원한 ‘토종’ 물이 있다는 증거가 나타나 주목을 받고 있다.

중국 국가항천국(CNSA)은 “창어(嫦娥)5호가 달에서 가져온 토양, 암석 시료에서 달 고유의 물 흔적을 발견했다”고 15일 밝혔다.

창어5호는 지난 2020년 12월 달의 뒷면인 ‘폭풍우의 바다’(Oceanus Procellarum)에 착륙해 토양과 암석 시료를 채취한 뒤 귀환했다.

현장에서 진행한 암석 및 토양 시료에 대한 분광 분석에서 물의 존재를 나타내는 증거인 ‘수산기’(OH)가 확인됐으며, 이후 지구로 가져온 시료에 대한 실험실 분석에서도 같은 결과를 얻었다.

연구진은 여기에서 한걸음 더 나아가 물의 기원을 분석했다. 수소(H)와 산소(O) 원자가 하나씩 결합해 있는 수산기는 물(H₂O) 분자의 주요 성분으로 물이 다른 물질과 화학적 반응을 일으킬 때 가장 흔하게 나타난다. 

논문 대표저자인 중국 국립천문대의 리 춘라이 박사는 “연기가 불이 난 걸 알려주듯 수산기는 물이 있다는 증거”라고 말했다.

달 현장 분석과 지구로 가져온 시료에 대한 실험실 분석에서 측정된 수산기는 평균 28.5ppm(100만분율)으로 매우 적었다. 연구진은 이 시료가 채취된 시점이 한낮에 기온이 90도에 달하는 가장 건조할 때였기 때문이라고 설명했다. 게다가 물을 만들 수 있는 태양풍도 최저 수준이었다. 태양풍은 태양에서 오는 고에너지 입자 흐름이다. 수소를 머금고 있어 달 표면의 산소 원자와 만나면 물을 만든다.

이런 조건에도 수산기가 발견되자 연구진은 태양풍이 아닌 다른 물의 기원에 대한 의문을 가졌다. 연구 결과 달과 지구에서 분석한 시료에서 확인된 수산기에는 두 개의 다른 기원이 있었다.

먼저 달 표면에서 태양풍으로 형성된 유리 물질 시료에서는 소량의 수산기만 확인했다. 이는 지난 1971년에 아폴로11호가 지구로 가져와 2000년대 초반에 분석된 것과 같은 결과지만 수산기 양은 3분의 1에 불과했다. 이는 약하지만 태양풍이 폭풍우의 바다에서 측정된 수산기 형성에 기여하고 있다는 점을 나타내는 것으로 해석됐다. 연구진은 또 수산기의 상당 부분을 인이 풍부한 광물인 인회석(apatite)에서 확인했다. 수산기 양은 최대 179±13ppm에 달했다.

리 박사는 “이런 많은 수산기는 달에서 기원한 물이 존재하며 그것이 현무암질 마그마 형성과 결정화에 중요한 역할을 했다는 점을 보여주는 것”이라고 설명했다. 이어 “달의 물과 기원을 분석함으로써 달뿐만 아니라 태양계의 형성과 진화에 관한 이해를 넓혀갈 수 있다”고 밝혔다.

이번 연구 결과는 국제 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션’(Nature Communications)에 실렸다.

김희원 기자 [e-mail]