달의 내부, 달 속은 정말 텅텅 비어있나?

달은 속이 텅 비어있다?

1969년 7월 20일 아폴로 11호가 달에 착륙했을 때 달에는 44분간 공진이 발생했다.

1969년 11월, 아폴로 12호가 두 번째로 달에 착륙하게 된다. 이 때, 달에 대한 실험이 하나 진행되었는데 바로 작은 우주선을 달 표면에 떨어뜨려 72km 밖에 설치된 월면 진동계로 달 표면의 진동 현상을 측정하는 월진(月震) 실험이다.

그런데 여기서 뜻밖의 실험 결과가 나타났다.

우선, 보통 우리 지구에서 일어나는 지진을 생각해면, 보통 지진은 진앙지에서 울림이 있은 후에 지진파가 퍼져나가면서 서서히 그 충격이 없어진다.

그런데 이 실험에서 우주선과의 충격 후 달에서 3시간 이상 계속해서 진동이 이어졌다고 한다. 진동파는 달 중심까지 전달되지 않았고, 표면으로만 전달되었다. 즉, 진동 데이터는 모두 표면파만 기록되었다는 것이다. 그리고 지구의 지진파와 달리, 작은 진동에서 점점 커져 극한점에서 오랫동안 지속되는 형태였다. 그리고 이게 무슨 말이냐면 진동이 중심 쪽으로 전해지지 못하고 달의 표면을 통해서만 전달되었다는 것이다. 종을 쳐 본 사람은 알지도 모르지만, 종의 한 지점을 적당한 힘으로 치면 그 진동이 점점 증폭되어 울림이 오랫동안 안정된 상태로 계속된다. 즉, 이는 종처럼 속이 비어야만 가능한 일이다. 그래서 1982년 핵공학자이자 연구가인 윌리엄 브라이언 2세는 이를 근거로 그가 쓴 책 ‘문게이트’에서 ‘달 내부는 비어있고 외부는 상대적으로 단단하다’고 주장했다.

그러나 최신 연구에 따르면 달은 지구처럼 지각, 맨틀, 핵으로 속이 꽉 차 있다고 한다. 특이한 건 지각의 두께가 지구에 가까운 쪽이 먼 쪽에 비해 훨씬 얇고 핵의 중심도 달의 중심보다 지구쪽으로 약 1.8㎞ 정도 쏠려있다는 것이다. 과학자들은 이에 대해 달이 처음 만들어질 당시 달을 구성하는 물질들이 지구의 중력에 끌려갔기 때문이라고 말하고 있다. 물론, 이 또한 추측일 뿐이다. 

달은 지구 화학적으로 봤을 때, 지각, 맨틀, 핵으로 구분되어 있다. 이 구조는 45억 년 전 짧은 기간에 이루어진 마그마의 바다의 분별결정의 결과로 믿어진다. 달의 바깥 부분이 녹기에 필요한 에너지는 지구 궤도의 강착 물질이 생성된 후에 지구-달 시스템을 형성하는데 원인이 된 거대한 충돌 사건이 원인이다. 이 마그마 바다의 결정 작용은 유색광물질 맨틀과 사장석이 풍부한 지각의 융기를 불러일으켰다.

지구 화학적으로 지도를 작성해보면 대체로 달의 지각은 마그마 바다의 가설과 일치하는, 사장암으로 구성되어있음을 의미한다. 달의 지각을 구성하는 원소의 측면에서는 주로 산소, 규소, 마그네슘, 철, 칼슘 그리고 알루미늄으로 구성되어있다. 그러나 부원소지만 중요한 미량 원소도 존재한다. 지구 물리학적 기술에 근거했을 때, 지각의 두께는 평균 50 km로 추정된다.

맨틀 안쪽의 부분 용융은 표면의 바다 현무암의 분출을 일으킨다. 이 현무암을 분석하면 대개 맨틀이 감람석, 사방휘석과 단사휘석으로 이루어져 있고, 또 맨틀의 철이 지구보다 풍부하게 있음을 알 수 있다. 몇몇 현무암은 티타늄을 풍부하게 보유하고 있고, 맨틀은 아주 다양한 종류의 물질로 이루어져 있다. 월진은 표면 1,000 km 아래의 맨틀 깊숙한 곳에서부터 일어난다. 이것은 한 달의 주기를 가지며 지구에 대한 달의 타원 궤도에 의한 조석 응력과 관련이 있다. 몇몇 표면 100 km 아래의 천발 월진도 감지됐지만, 이는 드문 현상이며 달의 조석과는 관련이 없다.

달의 평균 밀도는 3,346.4 kg/m³이며, 태양계에서 이오 다음으로 두 번째로 가장 밀도가 높은 위성이다. 그럼에도, 몇몇 증거에서는 달의 핵은 작으며, 반경 350 km 이하임을 시사한다. 핵의 크기는 달 크기의 20%이고, 반면에 다른 대부분의 표면의 것들은 50%를 차지한다. 핵의 구성 물질은 잘 규명되지 않았지만, 대개 소량의 황과 니켈이 섞인 금속질 철로 구성되어있을 것으로 추정된다. 달의 자전을 분석하면 핵이 부분적으로 녹아있다는 것을 알 수 있다.