화성엔 지구와 달리 두 개의 위성이 존재한다. 포보스와 데이모스다. 천문학자들은 오랫동안 두 위성을 화성에 포획된 소행성으로 여겨왔다. 화성이 어떻게 이들을 포획해서 위성으로 만들었는지 해명하지는 못했다. 하지만 새로운 연구를 통해 ‘화성에 포획됐다’는 기존의 가설이 틀렸고, 두 위성은 천체 사이의 충돌로 만들어졌음을 밝혀냈다.

미국 과학 매체 사이언스데일리는 독립적이고 보완적인 두 건의 연구가 그동안 수수께끼에 쌓여있었던 퍼즐을 풀었다고 보도했다. 즉, 화성의 두 위성은 거대한 충돌로밖에 형성될 수 없었다는 것이다.

첫 번째 연구는 프랑스 국립과학연구센터(CNRS)와 액상-마르세유대학 등이 천체물리학저널(The Astrophysical Journal) 최신호에 발표한 것으로, 소행성 포획을 배제한 상태에서 두 위성의 표면 특성과 양립할 수 있는 유일한 시나리오는 거대 충돌인 것으로 나타났다.

이어진 연구는 프랑스와 벨기에, 그리고 일본의 연구팀이 최첨단 디지털 시뮬레이션을 사용한 것으로, 두 위성이 어떻게 화성과 그 3분의 1 크기인 원시행성 사이에 거대 충돌이 발생해 그 잔해에서 생성될 수 있었는지를 보여준다.

파리 디드로 대학과 벨기에 왕립천문대가 CNRS와 렌 제1대학, 그리고 일본 지구생명과학연구소(ELSI)가 협력한 이 두 번째 연구는 네이처 지오사이언스 최신호에 실렸다.

기존의 가설을 뒤집고 내놓은 새로운 이론에 따르면, 화성은 형성 끝무렵에 거대한 원시행성과 충돌했다는 것이다. 남는 연구 과제는 거기서 나온 파편들이 왜 우리 지구와 같은 하나의 거대한 달 대신 두 개의 작은 위성을 형성했느냐는 것이다.

최첨단 디지털 시뮬레이션을 사용한 두 번째 연구는 마지막 남은 의문에 대해서도 실증적이면서도 완벽하고 일관된 시나리오를 제시한다.

이는 40억 년 전쯤 화성이 형성을 시작한지 1억~8억 년 사이에 그 행성의 3분의 1 정도 크기인 원시행성과 충돌해 두 위성이 만들어졌다는 것이다. 이 가설은 시뮬레이션으로도 고스란히 재현, 입증될 수 있었다. 또한 행성의 충돌 조건을 바꿔 300가지의 상황으로 계산해도 30%의 확률로 위성 2개가 형성됐다고 한다.

사진=파리 디드로 대학

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

서울신문