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[명강 리뷰] 달이 점점 작아진다고? _ 지구의 기원 by 최덕근 | 2015 봄 카오스 강연 '기원 ORIGIN' 3강

지구가 탄생한 지 약 46억 년이 흘렀지만, 우리에게 남겨진 가장 오래된 암석의 기록은 40억 년 전부터 시작됩니다. 그 이전의 기록이 부재한 '어린 시절'의 지구는 과학적 추론과 가설을 통해 재구성됩니다. 흥미롭게도 우리가 당연하게 여기는 하루 24시간이라는 시간 체계는 지구 역사 내내 일정하지 않았습니다. 과거의 지구는 지금보다 훨씬 빠르게 자전했으며, 이에 따라 1년의 날수도 현재와는 크게 달랐습니다. 이러한 시간의 변화는 지구가 겪어온 역동적인 진화 과정을 암시하는 중요한 단서가 됩니다. 고생물학자들은 산호 화석의 성장선을 통해 과거 지구의 자전 속도를 확인했습니다. 산호는 광합성 활동에 따라 골격에 미세한 성장선을 남기는데, 4억 년 전 데본기 산호의 성장선은 약 400개에 달했습니다. 이는 당시 지구가 지금보다 빠르게 돌아 하루가 약 22시간에 불과했음을 의미합니다. 지구의 자전 속도는 달과의 상호작용에 의한 조석력 때문에 만 년에 약 0.2초씩 꾸준히 느려지고 있습니다. 결국 시간의 흐름은 지구와 우주적 동반자들의 관계 속에서 끊임없이 변화해 온 결과물입니다. 태양계의 탄생은 약 46억 년 전, 우주의 어느 성운이 수축하면서 시작되었습니다. 본래 안정적이었던 성운은 인근 초신성 폭발의 충격으로 균형을 잃고 수축하며 중심부에 태양을, 주변에 원반 형태의 먼지 구름을 형성했습니다. 이 원반 속의 미세한 입자들이 정전기와 중력에 의해 서로 엉겨 붙으며 수많은 미행성들이 만들어졌습니다. 이러한 미행성들이 충돌과 합체를 반복하는 과정에서 원시 지구가 탄생했으며, 운석에 남겨진 잔류 자기는 당시의 격렬했던 형성 과정을 오늘날까지 증언하고 있습니다. 지구 형성 초기, '테이아'라고 불리는 화성 크기의 행성이 원시 지구와 충돌하는 거대 충돌 사건이 발생했습니다. 이 충돌로 지구의 자전축과 속도가 결정되었으며, 튕겨 나간 파편들이 지구 주위를 돌다 모여 달이 되었습니다. 당시 지구와 달의 거리는 현재보다 훨씬 가까운 24만 km 정도였으며, 지구의 하루는 고작 5~6시간에 불과할 정도로 회전이 빨랐습니다. 가까운 달이 일으키는 강력한 조석력은 원시 지구의 바다에 거대한 파도를 일으켰고, 이는 지구 환경의 초기 진화에 결정적인 영향을 미쳤습니다. 거대 충돌의 엄청난 에너지는 지구 표면을 수백 km 깊이까지 녹여 거대한 '마그마 바다'를 만들었습니다. 시간이 흐르며 지구가 식어감에 따라 맨틀 대류가 시작되었고, 가벼운 물질들이 표면으로 떠올라 최초의 지각을 형성했습니다. 화산 활동과 풍화, 침식 작용이 반복되면서 점차 대륙의 기틀이 마련되었고, 대기와 해양도 지금의 모습으로 진화하기 시작했습니다. 우리가 딛고 서 있는 이 땅은 수십억 년에 걸친 충돌과 냉각, 그리고 분화라는 복잡한 과정을 거쳐 완성된 경이로운 결과물입니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[강연] 지구의 기원 (2) - 태양계 형성 시나리오 _ 최덕근 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 3강 | 3강 ②

태양계는 태양을 중심으로 행성, 위성, 소행성, 혜성 등 다양한 천체들로 구성되어 있습니다. 여기서 행성이란 단순히 태양 주위를 도는 것 이상의 엄격한 조건을 충족해야 합니다. 충분한 질량을 가져 자체 중력으로 구형을 유지하는 '정역학적 평형'을 이루어야 하며, 자신의 공전 궤도 내에서 지배적인 역할을 수행해야 합니다. 명왕성이 2006년 행성 지위를 잃고 왜소행성으로 분류된 이유도 위성과의 질량 중심 문제로 인해 궤도 내 지배력을 인정받지 못했기 때문입니다. 우리가 흔히 생각하는 태양계의 범위는 명왕성 너머 훨씬 먼 곳까지 뻗어 있습니다. 해왕성 바깥쪽에는 수많은 왜소행성이 밀집한 카이퍼 벨트가 존재하며, 그 너머에는 혜성들의 고향이라 불리는 오르트 구름이 자리 잡고 있습니다. 오르트 구름의 범위는 무려 10만 AU에 달하는데, 이는 광년 단위에 육박하는 엄청난 거리입니다. 비록 대부분의 질량이 태양계 중심부에 집중되어 있기는 하지만, 공간적인 관점에서 볼 때 태양계는 인간의 상상을 초월할 정도로 거대한 규모를 자랑합니다. 태양 역시 우주의 수많은 별 중 하나로, 성운이 수축하는 과정을 통해 탄생했습니다. 흥미로운 점은 대부분의 성운이 역학적으로 안정된 상태를 유지하기 때문에, 스스로 수축하여 별이 되기 위해서는 외부의 충격이 필요하다는 사실입니다. 약 46억 년 전, 평온하던 태양 성운 주변에서 거대한 별의 일생이 끝나는 초신성 폭발이 일어났을 것으로 추정됩니다. 이때 발생한 강력한 충격파와 유입된 물질들이 성운의 균형을 깨뜨리면서, 비로소 태양계를 만들기 위한 거대한 수축이 시작되었습니다. 성운의 수축이 시작되자 중심부에는 태양이 형성되었고, 그 주변으로는 회전하는 원반 모양의 가스와 먼지 층이 만들어졌습니다. 원반 속의 미세한 먼지 입자들은 처음에는 정전기적 인력으로 서로 달라붙기 시작했으나, 점차 덩치가 커지면서 중력을 통해 주변 물질을 흡수하며 성장했습니다. 이 과정에서 수천 킬로미터 크기의 원시 행성들이 다수 등장했으며, 이들이 수천만 년에 걸쳐 서로 충돌하고 병합되는 과정을 반복한 끝에 오늘날 우리가 알고 있는 지구형 행성들이 완성되었습니다. 태양계 형성의 비밀을 푸는 결정적인 열쇠는 우주에서 떨어진 운석에 담겨 있습니다. 과학자들은 운석에 남은 잔류 자기와 연대 측정을 통해 초기 태양계의 환경을 복원합니다. 실제로 45억 6천만 년 전후의 연대를 가진 고대 운석들은 미행성 단계에서 떨어져 나온 파편들로, 당시 원반 형성 초기의 정보를 고스란히 간직하고 있습니다. 이러한 운석 연구는 아주 작은 먼지 입자들이 어떻게 거대한 행성으로 진화했는지를 증명하며, 우리가 발을 딛고 있는 지구의 기원을 이해하는 소중한 단서가 됩니다.

최덕근

카오스재단카오스강연

지구환경과학