아르테미스 2호의 달 탐사 (달의 비대칭성, 남극-에이트켄 분지, 임브리움 해)

솔직히 저는 달에 대해 거의 다 안다고 생각했습니다. 매일 밤 올려다보는 익숙한 천체인데, 무엇을 더 알아야 할까 싶었거든요. 하지만 NASA의 아르테미스 2호 임무를 준비하면서 접한 자료들을 보고 나서는 생각이 완전히 달라졌습니다. 우리가 달 표면의 5%도 제대로 탐사하지 못했다는 사실, 그리고 달의 앞면과 뒷면이 완전히 다른 천체처럼 구성되어 있다는 점이 충격적이었습니다. 이번 임무는 50여 년 만에 인류가 다시 달 근처로 접근하는 역사적인 순간이며, 이르면 수요일에 발사될 예정입니다.

달의 앞면과 뒷면, 왜 이렇게 다를까

아폴로 계획이 남긴 가장 큰 의문 중 하나는 달의 비대칭성입니다. 여기서 비대칭성이란 달의 앞면과 뒷면이 지각 두께, 지형, 화학적 구성까지 모두 다르다는 것을 의미합니다. 애리조나 대학교 달 및 행성 연구소의 제프 앤드류스-한나 교수는 "달은 거의 모든 면에서 비대칭적인데, 그 이유는 아직 밝혀지지 않았다"라고 밝혔습니다(출처: NASA).

구체적으로 살펴보면 달의 앞면은 지각이 얇고 지형이 낮으며, KREEP(칼륨, 희토류 원소, 인의 조합)라는 특수한 물질이 풍부합니다. KREEP란 달의 마그마 바다가 식으면서 마지막까지 남은 물질로, 열을 발생시키는 방사성 원소를 다량 포함하고 있습니다. 반면 뒷면은 지각이 두껍고 고도가 높으며 화산 활동의 흔적이 훨씬 적습니다.

저는 악기를 배우면서 비슷한 경험을 했던 적이 있습니다. 처음에는 기본 연주만 할 줄 알면 충분하다고 생각했는데, 점점 표현력과 호흡, 음색까지 신경 써야 한다는 것을 알게 되었거든요. 단순히 소리를 내는 것과 음악을 만드는 것은 전혀 다른 차원이었습니다. 달도 마찬가지입니다. 우리가 보는 달의 앞면은 전체의 일부일 뿐이고, 뒷면에는 완전히 다른 이야기가 숨어 있었던 것입니다.

아폴로 임무는 주로 달의 앞면 적도 부근만 탐사했습니다. 지형이 평평하고 지구와 통신이 가능한 곳이었기 때문입니다. 하지만 콜로라도 볼더 대학교의 캐롤린 크로우 교수에 따르면, 그곳에서 채취한 샘플만으로는 달 전체를 이해하기에 턱없이 부족하다고 합니다. 이번 아르테미스 2호는 달 표면에서 4,000

6,000마일(약 6,437

9,656km) 상공을 비행하며, 아폴로 우주비행사들이 보지 못했던 달의 뒷면을 관측할 예정입니다.

NASA 고다드 우주비행센터의 노아 페트로 소장은 "달을 지구의 여덟 번째 대륙이라고 생각한다"며 "달을 연구하는 것은 곧 지구의 연장선을 연구하는 것"이라고 강조했습니다(출처: NASA Goddard Space Flight Center).

남극-에이트켄 분지와 임브리움 해가 품은 비밀

제가 가장 흥미롭게 본 부분은 남극-에이트켄 분지(South Pole-Aitken Basin)입니다. 이 분화구는 달 뒷면에 위치하며 지름이 약 2,500km, 깊이가 8km가 넘는 태양계 최대 규모의 충돌 분화구입니다. 여기서 충돌 분화구란 천체가 달 표면에 부딪혀 만들어진 거대한 움푹 파인 지형을 말합니다.

과학자들은 이 분화구가 달에서 가장 오래된 것으로 추정하지만 정확한 연대는 아직 밝혀지지 않았습니다. 페트로 소장은 "그것의 연대를 이해하는 것은 마치 태양계 초기 역사의 로제타 스톤을 발견하는 것과 같다"고 말했습니다. 이처럼 거대한 충돌이 달의 비대칭적 구조를 만든 원인일 가능성이 있으며, 향후 아르테미스 임무의 핵심 목표 중 하나입니다.

반면 임브리움 해(Mare Imbrium)는 달의 앞면에 위치한 분화구로, 약 38억 5천만 년에서 39억 2천만 년 전에 형성되었습니다. 아폴로 14호와 15호가 이 지역 근처를 탐사하며 충돌로 인해 분출된 물질인 이젝타(ejecta)를 수집했습니다. 이젝타란 충돌의 충격으로 튀어나와 주변에 흩어진 암석과 토양 조각을 의미합니다.

아르테미스 2호의 궤적에 따라 승무원들은 오리엔탈레 분지(Orientale Basin)라는 지역을 관측할 수 있을 것으로 보입니다. 지름 965km에 달하는 이 분화구는 달의 앞면과 뒷면 경계에 위치해 있으며, 이전에는 그림자에 가려 제대로 관측되지 못했습니다. 저는 새로운 것을 배울 때마다 처음에는 다 안다고 생각했지만, 배우면 배울수록 모르는 게 더 많다는 것을 깨달았던 경험이 있습니다. 달 탐사도 마찬가지입니다. 익숙하다고 생각했던 달에 여전히 수많은 비밀이 숨어 있다는 사실이 오히려 더 흥미롭게 느껴집니다.

아폴로 임무에서 채취한 샘플 중에는 아노르토사이트(anorthosite)라는 화성암이 포함되어 있었습니다. 아노르토사이트는 사장석이 주성분인 밝은 색의 암석으로, 지구에서는 단독으로 발견되는 경우가 드물지만 달의 앞면에는 광범위하게 분포되어 있습니다. 크로우 교수는 "이 암석이 형성되려면 천천히 결정화되는 아주 큰 마그마 연못이 필요하다"며 "이는 달 전체가 한때 마그마 바다였음을 시사한다"라고 설명했습니다.

또한 아폴로 샘플에서 발견된 동위원소가 지구 맨틀의 동위원소와 일치한다는 사실은 화성 크기의 물체가 지구와 충돌하여 달이 형성되었다는 거대 충돌 가설(Giant Impact Hypothesis)을 뒷받침합니다. 앤드류스-한나 교수는 "달을 형성한 충돌이 없었다면 지구는 오늘날과 같은 행성이 아니었을 것"이라며 "달의 존재 덕분에 지구와 기후는 훨씬 더 안정적이었고, 이는 생명 발달에 매우 중요했다"고 강조했습니다.

아르테미스 IV와 V 임무에서는 우주비행사들이 달의 남극 지역에 착륙하여 샘플을 채취할 예정입니다. 주요 목표는 다음과 같습니다.

• 영구 음영 지역에 갇혀 있는 얼음의 양과 기원 파악
• 40억 년 이상 된 달 내부 물질 채취를 통한 초기 역사 복원
• 월진 감지를 위한 지진계 설치로 달 내부 구조 분석

콜로라도 볼더 대학교의 폴 헤인 교수는 "샘플을 얻을 수 있다면 그 물이 어디에서 왔는지, 더 나아가 지구가 물을 어디에서 얻었는지 알아낼 수 있을 것"이라고 기대를 표했습니다.

저는 이번 아르테미스 2호 임무를 통해 호기심을 가지고 계속 탐구하는 태도의 중요성을 다시 한번 느꼈습니다. 매일 보는 익숙한 달조차 우리가 이해하지 못한 부분이 95%나 된다는 사실은, 어떤 분야든 겸손하게 배우려는 자세가 얼마나 중요한지 일깨워줍니다. 페트로 소장의 말처럼 "우리는 놀라운 것들을 발견하게 될 것"입니다. 그게 바로 우리가 탐사하는 이유이고, 미지의 세계를 향해 나아가는 인류의 본능이 아닐까 싶습니다. 앞으로 달 남극에서 채취될 샘플들이 어떤 새로운 이야기를 들려줄지, 그리고 그것이 지구와 생명의 기원에 대한 우리의 이해를 어떻게 바꿔놓을지 정말 기대됩니다.

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참고: https://edition.cnn.com/2026/02/21/science/lunar-mysteries-artemis-2-moon-mission