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망원경으로 달을 처음 본 사람들은 그 변화무쌍한 지형에 모두 감탄하게 된다. 맨눈으로 보면 어두운 얼룩을 지닌 매끈한 유리면처럼 보이지만,
사실은 수십억 년 동안의 달의 진화 과정이 매우 다양하고 복잡한 지형으로서 월면에 기록되어 있다. 육안으로 볼 때 밝게 빛나는 영역을 달의
고지대(highland)라고 부르는데, 다양한 크기의 크레이터들로 뒤덮여 있다. 달 표면에 존재하는 대부분의 크레이터들은 운석 충돌의 결과로
만들어진 것이다. 이렇게 만들어진 크레이터는 외부의 영향을 받아서 형태가 변화하거나 일부 또는 전체가 파괴되기도 하는데, 산맥 또는 갈라진
벽(scarp)은 고대 크레이터나 충돌 분지(impact basin)의 흔적들이다. 운석이 충돌하여 크레이터가 생성될 때 사방으로 튀어 나간
분출물들은 달 표면을 스치면서 계곡을 만들거나 월면에 쌓여 밝은 광조를 만들기도 한다. 월면의 다양한 지형들은 운석이나 소행성의 충돌 뿐만
아니라, 화산 활동에 의해서도 만들어지는데, 그 대표적인 것이 달의 바다로 월면에서 어둡게 보이는 영역이다. 화산 기원을 가진 지형들은 바다
외에도 링클 리지, 열구, 돔 등이 있다.
1.크레이터
(Crater)
유·무인 우주선을 통한 달 탐사로부터 밝혀진 가장 중요한
사실 중의 하나는 크레이터를 포함한 달의 대부분의 지형이 운석 등의 충돌에 의해 형성되었다는 것이다. 하지만 20세기 중반까지 대부분의
과학자들은 달의 크레이터가 운석 충돌의 결과라는 학설을 인정하지 않았다. 지구 상에 존재하는 크레이터의 대부분이 화산 기원이기 때문에, 달의
크레이터도 마찬가지로 그와 동일한 기원을 갖고 있으리라고 생각한 것이다. 하지만 달의 크레이터와 지구 상에 존재하는 화산 기원의 분화구(噴火口)
사이에는 그 형태에 있어서 커다란 차이가 존재한다. 달의 크레이터는 크기가 크고 크레이터 주위를 높은 벽들이 원형(圓形)으로 둘러싸서 테두리를
이루고 있다. 또 일반적으로 바닥의 높이가 주위의 평지보다 낮다. 이에 비해서 분화구는 크기가 달의 크레이터에 비해서 더 작고 깊으며 거의 항상
화산의 맨 꼭대기에 위치한다. 하지만 크레이터의 충돌 기원설에는 커다란 약점이 있었는데, 왜 달의 크레이터의 형태가 거의 모두 원형인가에 대한
해답을 제공해 주지 못했던 것이다. 물체가 월면에 수직으로 충돌하는 경우에만 원형의 크레이터가 만들어지고 그 이외에 비스듬한 각도로 충돌이
일어나면 크레이터의 모양은 타원형에 가까워야 하는 것이다. 이 문제의 해답은 물체의 빠른 충돌 속도, 즉 커다란 운동 에너지에 있다. 지구나
달과 같은 커다란 천체의 인력이 소행성이나 운석 등의 물체를 끌어 당겨 물체가 충돌할 때의 충돌 속도는 최소한 그 천체의 탈출 속도(지구:
11.2㎞/s, 달: 2.38㎞/s)와 같다. 게다가 이 탈출 속도에 충돌하는 물체가 천체에 대해 원래 갖고 있던 상대 속도(보통 10㎞/s
이상)를 더하면 충돌 속도는 더욱 커진다. 이렇게 빠른 속도로 물체가 충돌할 때의 운동 에너지는 너무나 엄청나서 충돌과 동시에 폭발이 일어난다.
그러면 그 폭발력으로 단순한 충돌에 의한 것보다 훨씬 더 많은 물질들을 파내게 되는데, 이러한 작용은 사방에 대하여 거의 대칭적으로 일어난다.
따라서 생성되는 크레이터의 모양은 원형이 되는 것이다.
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NASA
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소행성이나 운석 등의 물체가 빠른 속도로 달과 충돌하게 되면, 수 초 동안에
그 물체 지름의 2, 3배 깊이만큼 월면이 파이며 이와 함께 물체가 갖고 있던 운동 에너지가 충격파와 열의 형태로 변화한다. 충격파는 월면
내부로 전달되면서 충돌 지점의 암석들을 파괴한다. 그리고 열에너지는 충돌한 물체의 대부분과 충돌 지점 주위의 암석 일부를 순식간에 증발시켜
버린다. 즉, 폭발이 일어나는 것이다. 이러한 과정을 통해서 월면에는 사발 모양의 공동(空洞)이 생성된다. 그런데 물체의 충돌과 폭발이 일어난
직후에는 지각의 중력 반동(重力反動)이 일어나는데, 충돌 지점의 지각이 되튀어 오르면서 오목하게 파인 부분을 다시 위로 밀어 올리는 효과를
낳는다. 그 결과, 크레이터의 바닥은 평평해지고 때때로 중앙에 산봉우리가 만들어진다. 대형 크레이터는 바닥으로부터 높이 1000m 이상 되는
봉우리가 3∼5개 정도 중앙에 모여 있지만 보통은 단 한 개의 봉우리만이 생성된다. 크레이터의 테두리는 폭발력에 의해 바닥과 주변 지역보다 위로
솟아 오른다. 대부분의 크레이터의 내벽은 무너져 내려서 일련의 계단 구조를 형성하는데, 때로는 사태(沙汰)로 무너져 내린 많은 양의 물질들이
크레이터의 바닥에 쌓이기도 한다. 시간이 흐르면서 크레이터의 테두리는 많은 소유성체의 충돌로 인해 그 윤곽이 점점 파괴된다. 월면에서 발견되는
산맥들은 아주 옛날에 만들어진 크레이터의 벽 일부가 남은 것이다.
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NASA
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거의 항상 크레이터 테두리의 주위는 분출물 덮개(ejecta
blanket)라고 불리는 폭발로 생긴 분출물들로 덮여 있는데 종종 방사상(放射狀)으로 산맥이나 계곡과 같은 형태를 띄기도 한다. 폭발 때문에
날아가는 분출물 중에서 속도가 빠른 것들은 크레이터로부터 상당히 먼 거리를 날아가는데, 분출물이 다시 월면으로 떨어지면서 충돌이 일어나 조그만
이차 크레이터(secondary crater)를 만들어 내기도 한다. 입자가 아주 작은 분출물은 크레이터로부터 수백에서 수천 ㎞를 날아가서
월면에 쌓이는데 이것이 바로 광조(ray)이다. 크고 젊은 크레이터일수록 훨씬 더 밝은 광조를 보이는 경향이 있는데, 케플러
Kepler나 티코 Tycho 등이 그 좋은 예이다.
일단 형성된 크레이터라고 하더라도 외부의 영향을
받아서 그 형태가 얼마든지 변할 수 있다. 가장 일반적인 경우는 용암이 크레이터 내부로 흘러들어 바닥을 메우는 것이다. 그러면 플라토
Plato나 아르키메데스 Archimedes처럼 중앙 봉우리와 바닥의 세부 지형들이 용암에 의해 파괴되거나, 바른젠틴
Wargentin과 포시도니우스 Posidonius의 경우와 같이 크레이터 내부가 용암으로 거의 모두 채워지기도 한다.
때로는 크레이터의 한쪽 벽이 용암에 의해서 허물어져 버릴 수도 있는데, 무지개 만 Sinus Iridum이나 프라카스토리우스
Fracastorius가 그러한 경우이다. 크레이터가 용암에 거의 완전히 묻히는 경우에는 그 흔적만이 희미하게 남는데 구름의 바다
Mare Nubium에서 좋은 예들이 많이 발견된다. 외부 물체의 충돌에 의해서도 기존 크레이터의 변형이 일어난다. 많은 양의
분출물들이 인근 크레이터 내부로 쏟아져 그 크레이터의 바닥을 완전히 뒤덮어 버릴 수 있는데 프톨레마이오스 Ptolemaeus가 좋은
예이다. 하지만 육안으로 분출물과 용암을 구분하기는 어렵다. 기존의 크레이터에 운석이 충돌하여 또다른 크레이터가 그 위에 생성된 예도 많이
발견되는데 리지오몬타누스 Regiomontanus처럼 중앙 산봉우리 바로 위에 또다른 크레이터가 만들어지거나, 티모카리스
Timocharis와 헤르쿨레스 Hercules처럼 아예 크레이터가 중앙 봉우리를 완전히 파괴시켜 버리기도 한다.
가센디 Gassendi와 테빗 Thebit은 크레이터의 벽에 또다른 작은 크레이터가 만들어 진 것으로 마치 다이아몬드
반지와 같은 모습을 보여 준다. 드물지만, 헤시오두스 A Hesiodus A처럼 중앙 봉우리가 사라진 크레이터 내부에 또다른
크레이터가 동심원 모양으로 만들어지는 경우도 있다.
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Craig
Zerbe
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사실, 달에는 화산 기원의 크레이터들도 존재한다. 하지만 이들 크레이터들은 운석
충돌 기원의 크레이터에 비해서 크기가 작고 소수를 차지한다. 일부는 크레이터로부터 흘러 나온 용암의 통로 역할을 한 열구들이 그 주위에서
발견되는데 좋은 예로 '코브라의 머리'라고 불리는 크레이터가 있다. 그리고 이 크레이터로부터 월면에서 가장 큰 열구인 슈뢰터 계곡
Vallis Schr öteri이 시작된다. 대부분의 경우에 이러한 화산 기원의 크레이터를 망원경으로 발견하기는 그리 쉽지가 않다.
2.광조
(Ray System)
달의 광조는 월면에서 가장 다양하고 아름다운 지형이다.
광조의 생성 원인은 오랫동안 태양계의 커다란 수수께끼였다. 초기의 일부 천문학자들은 '바다'가 마르고 난 후에 남은 소금 퇴적물로 생각하였다.
어떤 이들은 달의 단층을 통해 분출된 뜨거운 증기 때문에 생긴 얼룩이라고도 하였고, 다른 사람들은 달 내부에 축적된 스트레스 때문에
방사형(放射形)의 균열이 생긴 후 밝은 빛깔의 용융물(鎔融物)이 채워진 것으로 추정하기도 했다. 달 탐사가 이루어지기 전인 20세기 초에는
크레이터의 화산 기원설이 널리 받아들여지고 있었는데, 이 때 광조는 오랫동안 활동을 멈춘 휴화산으로부터 분출된 화산재 등이 퇴적된 것으로
생각되었다. 물론 오늘날에는 크레이터의 운석 충돌설이 정설로 인정받고 있고, 광조는 이 운석의 월면 충돌로 생성된다는 사실이 밝혀졌다. 운석
등의 유성체가 월면에 부딪히면 물질들을 방사상으로 흩뿌리게 된다. 이들 암석 파쇄물 중에서 크기가 가장 큰 것들은 크레이터의 바로 주위에 쌓이고
입자 크기가 작아질수록 크레이터로부터 멀리 떨어진 곳에 퇴적된다. 암석 분말(rock flour)이라고 불리는 입자가 아주 미세한 분출물은 최대
수천 ㎞의 먼 거리까지 날아가 쌓이는데 이것이 바로 광조이다.
하지만 광조에 대한 의문이 완전히 풀린 것은 아니다. 일부 소규모
크레이터는 수천 ㎞까지 뻗어 있는 광조를 보이는데 반해, 크기가 훨씬 큰 크레이터들은 광조가 미약한 경우가 많다. 또, 광조의 모양은 장소에
따라 매우 큰 변화를 보인다. 하지만 이러한 현상은 아직까지도 제대로 이해되지 못하고 있다. 광조의 두께는 매우 얇을 것으로 추정된다. 왜냐하면
지금까지 어떤 광조도 그 그림자가 발견된 적이 없기 때문이다. 광조는 시간이 흐름에 따라서 점점 사라져 가서 수억 년 후에는 자취를 감추게
된다. 태양풍에 의해 색깔이 희미해져 갈 뿐만 아니라 많은 소운석들이 계속해서 월면에 충돌하면서 달의 토양과 광조를 구성하는 물질을 서로 뒤섞는
작용을 하기 때문이다.
3.바다
(Mare)
커다란 천체가 달과 충돌하면
월면에는 충돌 분지라고 불리는 거대한 저지(低地)가 생성된다. 달은 38억 년에서 33억 년 사이에 대규모의 화산 활동이 일어났는데, 이 때
유동성이 큰 현무암질 용암이 지하 수백 ㎞로부터 분출되었다. 달의 바다는 이 용암이 저지에 흘러들어 바닥을 메워서 생긴 용암
대지(鎔巖臺地)이다. 현무암으로 이루어진 바다는 그 구성 성분에 있어서 지구의 해양 지각이나 화산에서 분출된 용암과 매우 유사하다. 바다에서는
기존의 크레이터들이 모두 용암으로 메워져 사라졌기 때문에 크레이터를 거의 찾아볼 수 없다. 하지만 바다가 달의 화산 활동에 의해 생성된 것인
만큼, 달에 있는 대부분의 화산성 지형과 구조 지형들(링클 리지, 열구, 돔)을 관찰할 수 있다. 현무암질 용암으로 이루어진 바다는 그 아래에
놓인 달의 지각보다 밀도가 훨씬 더 크다. 따라서 그 무게가 지각을 짓누르면서 균형을 이룰 때까지 서서히 침강하게 된다. 이러한 작용을 지각
평형(isostasy)이라고 하는데, 월면에서 관찰되는 많은 구조 지형들은 이 지각 평형의 결과로 생긴 것이다.
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USGS
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4.링클
리지 (Wrinkle Ridge)
링클 리지는 달의 바다에 낮은 구릉이 길게 연이어 있는
것으로 길이는 대부분 수백 ㎞ 정도이다. 높이가 대부분 수십에서 수백 m에 불과하기 때문에 일출 직후나 일몰 직전이 관측하기에 좋다. 링클
리지가 어떻게 해서 만들어 졌는지는 확실하지 않다. 한가지 가설은 달의 지각이 냉각되어 수축할 때 생긴 단순한 습곡이라는 것이다. 또다른 가설에
따르면 현재 링클 리지가 있는 곳에는 지각 단층이 있었는데, 이 단층을 통해 용암이 달의 표면으로 분출되었다. 그 후 마지막에 용암이 굳어서
생긴 것이 링클 리지라는 것이다. 어느 가설이 맞는 것인지는 모르지만 확실한 사실은 여러 가지의 원인들이 복합적으로 작용하여 생성되었을 것이라는
점이다.
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Craig
Zerbe
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5.열구
(Rille, Rima)
①사행 열구(sinuous
rille)
사행 열구는 전적으로 화산 기원이다. 이 열구는 지하로부터 분출된 용암이 주위의 저지대(低地帶)로 흐르는 튜브 같은
터널이 붕괴된 것이다. 용암이 아무런 제약 없이 자유롭게 흘렀기 때문에 강처럼 구불구불 굽이치는 듯이 보인다. 많은 경우에 사행 열구의 한쪽
끝에는 용암이 분출되었던 크레이터가 존재한다. 아폴로 15호가 착륙했던 해들리 열구 Rima Hadley가 사행 열구의 좋은
예이다.
②직선형 열구(straight rille)
직선형 열구는 지각에 단층이 생겨 형성된 열구로 크레이터의 벽과 바닥 등을
가로질러 곧장 나 있다. 생성 원인을 보면, 시르살리스 열구 Rima Sirsalis와 같은 경우에는 달에 운석이 충돌한 결과로
만들어진 것이다. 두 바다 사이에 놓인 폭이 좁고 길쭉한 고지대는 구조적으로 약해서 단층 작용이 일어날 수 있는데, 아리아대우스 열구
Rima Ariadaeus가 그 한가지 예이다. 단순 단층의 경우에는 V자나 U자 모양의 단면을 갖는 비교적 직선형의 열구가
만들어진다. 폭이 넓고 바닥이 평평한 열구는 서로 가까이 평행하게 나 있는 두 단층 사이의 부분이 침강하여 생긴 지구(地溝)이다.
③호형
열구(arcuate rille)
호형 열구는 직선형 열구의 변형이다. 바다 주위 가까이에서 발견되는데, 이름이 암시하듯 바다의
가장자리 주위에서 부드럽게 호(弧)를 그리며 굽어 있다. 호형 열구는 순전히 구조적인 원인으로 만들어진 것이다. 밀도가 큰 현무암으로 이루어진
바다가 자신의 무게를 이기지 못하고 가라앉을 때, 바다 주위를 둘러싼 얇은 용암층이 이에 영향을 받아 아래로 휘면서 갈라진 것이다. 호형 열구의
예로는 습기의 바다 Mare Humorum의 히팔루스 열구 Rimae Hippalus가 있다.
거의
대부분의 열구는 폭이 2㎞ 이하로 일출이나 일몰시에 보면 거미줄처럼 생긴 가늘고 긴 검은 선들로 보인다. 아주 고배율로 관찰하면 많은 열구에서
벽이 무너져 있거나 일부분이 갈라져 굽이지는 듯한 모습을 볼 수 있다. 일출 하루 후나 일몰 하루 전이 관측하기에 가장 좋은데, 이 때는 명암
경계선이 열구로부터 경도 상으로 약 12°정도 떨어져 있다. 태양이 높은 곳에서 비출 때는 대부분의 열구가 잘 보이지 않는다. 따라서 이처럼
햇빛이 어떻게 비치느냐가 열구 관측에 매우 중요한 영향을 주기 때문에 동서 방향보다는 남북 방향(즉, 해가 비치는 방향에 대하여 옆 방향)으로
나 있는 열구가 관측하기가 훨씬 쉽다.
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NASA
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6.돔
(Dome)
달의 바다 가장자리 또는 그 부근에 무질서하게 분포하고 있다. 가장
일반적인 형태의 돔은 높이가 낮고 평면 렌즈 모양의 단면을 갖는다. 돔은 일반적으로 별다른 특징적인 모습을 나타내지는 않지만 많은 돔들이 정상에
칼데라와 유사한 모양의 테두리없는 크레이터를 보여 준다. 돔은 대부분이 순상 화산(楯狀火山)처럼 기복이 완만하지만, 일부는 경사가 좀 더 급하고
구릉과 같은 모습을 한 것도 있다. 월면에서 돔을 하나의 분명한 지형으로 인식한 것은 최근의 일이다. 20세기 중반까지도 월면도에서 돔에 대한
목록이 작성되지 않았다. 대부분의 돔은 직경이 최고 15㎞ 정도이며 높이는 200m를 넘지 않는다. 이는 돔의 경사가 매우 완만해서 대부분이
일출이나 일몰시에만 볼 수 있다는 것을 의미한다. 어떤 것은 한 달에 불과 한두 시간 동안만 관측이 가능하다 |
