매년 5,200톤의 우주먼지가 지구에 온다?

우주먼지 정체는 미세운석… 남극에서 수거한 증거물로 추정

2021.05.07 09:00 김준래 객원기자

운석을 ‘하늘에서 떨어지는 로또’라고 부르는 이유는 그만큼 연구할 가치가 높기 때문이다. 천문학자들은 운석을 잘 연구하면 행성과 은하의 탄생 비밀을 밝혀낼 수 있을 것으로 기대하고 있다.

눈에 보이는 운석보다 눈에 거의 보이지 않는 미세운석이 지구에 더많이 내려오는 것으로 나타났다 ⓒ abc.net.au

 

그런데 하늘에서 떨어지는 로또가 운석만 있는 것은 아니다. 대부분의 운석이 작게는 사과만 하고 큰 것은 수박만 해서 눈에 확연하게 보이기 때문에 찾기가 쉽지만, 사실 우주에서 지상으로 내려오는 물질 중에는 눈에 잘 보이지 않아서 그 가치를 잘 모르는 것들도 있다. 바로 ‘우주먼지(cosmic dust)’ 들이다.

 

우주먼지의 정체는 대부분이 미세운석

우주먼지의 정체는 미세운석(micro meteorites)들이다. 미세운석은 크게 혜성과 운석에서 떨어져 나온 것으로 추정하고 있다. 혜성이 태양 근처를 지날 때 꼬리의 형태로 뿌린 돌조각이나 거대 운석에서 떨어져 나온 파편들이 우주공간을 떠다니다가 지구 가까이 접근했을 때 중력에 의해 지상으로 내려오는 것이다.

이들 미세운석은 크기가 미세하다보니 대기권에 진입했을 때에도 마찰열에 의한 영향을 거의 받지 않는다. 마찰열은 일정한 무게를 가진 물체가 중력에 의해 떨어질 때 가속도가 붙으면서 발생하지만, 미세운석은 먼지처럼 가벼워서 서서히 지상으로 내려오다보니 마찰열이 생기지 않는 것이다.

따라서 우주에서 오는 미세운석들은 일정한 크기의 운석들에 비해 온전한 모습으로 지구로 내려올 확률이 높다. 그렇다면 비교적 온전한 모습으로 내려오는 우주먼지의 양은 과연 얼마나 될까. 이같은 궁금증에 대해 최근 프랑스의 과학자들이 답을 내놨다. 대략 30~200㎛ 크기의 미세운석들이 지구로 내려오는 양은 연간 5,200톤 정도인 것으로 나타났다.

이같은 연구 결과를 발표한 과학자들은 프랑스국립과학연구센터(CNRS) 소속의 연구진이다. 이들은 지난 2000년부터 정확한 미세운석의 양을 측정하기 위해 남극에서 수집 및 측정 활동을 벌여왔다.

우주먼지의 정체는 대부분 혜성이나 운석에서 나온 미세먼지들이다 ⓒ polarfoundation.org

 

남극을 우주먼지의 측정지역으로 삼은 데에는 나름의 이유가 있다는 것이 연구진의 설명이다. 일단 지구상에서 가장 오염이 덜 된 곳이어서 원래의 지구먼지와 구분할 수 있는 가능성이 높기 때문이다.

과학자들이 지구에서 우주먼지를 찾는 방법으로는 크게 두 가지가 있다. 첫 번째는 지구먼지가 적은 성층권에 비행기를 띄워 우주먼지를 회수하는 것이고, 두 번째는 청정구역인 극지방에서 우주먼지를 찾는 것이다.

첫 번째 방법인 성층권에서 우주먼지를 얻는 방법은 비행기 위에 넓은 아크릴판을 부착하는 것이다. 아크릴판에는 우주먼지가 붙을 수 있도록 실리콘오일이 발라져 있기 때문에 비행기는 성층권을 비행하며 우주에서 내려오는 우주먼지를 수거할 수 있다.

두 번째는 방법인 극지방에서 우주먼지를 찾는 것은 프랑스 연구진을 비롯하여 다른 국가의 과학자들도 많이 시도하고 있는 방법이다. 남극의 빙하 속이나 빙하가 녹은 물, 또는 눈에서 우주먼지를 찾는 방법이다.

극지방의 빙하나 눈 속에는 오래전에 지구로 날아온 우주먼지가 다량 들어 있다. 다른 대륙에 비해 지구먼지와 섞여 있을 가능성도 비교적 낮다. 깨끗한 얼음 결정이 우주먼지를 둘러싸고 있어서 상대적으로 오염도가 낮은 우주먼지를 얻을 수 있기 때문이다.

 

매년 5,200톤 정도의 우주먼지가 지구에 내려와

프랑스 CNRS 소속 연구진은 해발 3,200m의 남극 고원에 있는 콘코르디아 연구기지(Concordia Station) 인근 지역을 중심으로 지난 2001년부터 약 20여년 동안 미세운석을 수집해 왔다.

2001년을 시작으로 최근까지 총 6회에 걸쳐 우주먼지 확보를 위한 탐사가 진행됐다. 그 결과 30~200㎛ 크기로 이루어진 미세운석들이 연간 5,200톤 정도의 양으로 지구에 내려온다는 사실을 확인했다.

이같은 발표는 예상을 훨씬 웃도는 수치다. 일반적으로 천문학계는 운석이 지구로 떨어지는 양을 10톤 미만으로 추정하고 있어서 CNRS 연구진의 조사 결과를 기준으로 한다면 우주먼지의 양은 일반 운석의 양을 크게 웃돈다고 볼 수 있다.

과학자들의 궁금증은 여기서 그치지 않고 있다. 지구에 떨어지는 우주먼지의 양이 이렇게 어마어마하게 많다면 과연 이 먼지들이 어디에서 왔느냐는 점이다.

남극에서 우주먼지를 채취하는 방법 및 개요 ⓒ springerlink

 

이런 의문을 풀기 위해 연구진은 입자 밀도를 기준으로 하여 우주먼지 입자들이 어디서부터 전해졌는지를 추적했다. 얼음과 먼지로 구성된 혜성에서 왔다면 입자 밀도가 낮고, 다공성은 높을 것으로 추정했다. 반면에 운석에서 떨어져 나왔다면 밀도가 높은 대신 다공성은 없을 것으로 예측했다.

그 결과 지구에 내려온 우주먼지의 80%는 혜성에서 나온 것으로 드러났다. 그리고 그런 혜성은 해왕성 바깥쪽에 위치한 카이퍼벨트나, 그보다 훨씬 더 먼 태양계 외곽일 것으로 추정했다.

한편 CNRS 연구진은 우주 관측을 통해 대기권을 통과하기 전의 우주먼지 총량은 연간 약 1만 5,000톤이라고 발표했다. 발표에 의하면 지구 주위를 통과하는 먼지 중에 1/3 정도 만이 지상으로 내려온다는 의미다.

그 이유에 대해 연구진은 대기권에 돌입하기 전 우주먼지가 상당수 제거되었거나, 현존하는 기술로는 우주먼지를 완전히 검출하지 못하기 때문이라는 설명을 제시하고 있다.

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• 김준래 객원기자
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