달의 기원에 관한 새로운 이론

지구와 달은 마치 일란성 쌍둥이처럼 완전히 동일한 물질로 구성되어 있습니다. 이것은 매우 이상한 일인데, 우리가 아는 천체 중에서 지구와 달과 같이 화학적 관계를 공유하는 천체는 없기 때문입니다. 이런 특별한 관계는 어떻게 형성된 것일까요? 그 답을 찾는 과정에서 행성 과학자이자 맥아더 지니어스 상 수상자인 세라 T. 스튜어트는 '시네스티아(synestia)'라는 새로운 종류의 천체를 발견하여, 달의 기원에 관한 수수께끼를 풀 새로운 방법을 제시합니다.

실수하는 걸 좋아하는 사람은 없습니다.

하지만 저는 엄청난 실수를 했죠.

그리고 뭐가 잘못된 건지 고민하다가
새로운 발견을 했습니다.

지구와 달에 대해 생각하는 방식을
완전히 바꿔놓은 발견이었죠.

저는 행성과학자입니다.

제가 가장 좋아하는 것은
행성끼리 충돌시키는 일이죠.

(웃음)

제 실험실에서 저는 이런 대포로
바위에 발사할 수 있습니다.

(대포 발사)

(웃음)

저는 실험에서 행성 형성 과정에서
있을 법한 극단적 상황을

만들어낼 수 있습니다.

그리고 컴퓨터 모델링을 통해
전체 행성을 충돌시켜

행성을 형성시키거나

행성을 파괴할 수 있죠.

(웃음)

저는 지구와 달이 어떻게 만들어졌는지

지구가 다른 행성과 다른 이유는
무엇인지 알고 싶습니다.

지구와 달의 기원을 설명하는
가장 주된 학설은

'거대 충돌 가설'입니다.

이 가설에 따르면 화성 크기의 천체가
생성 초기 지구에 충돌했고

충돌이후 지구 주변을 돌던
파편들이 모여 달이 형성됐다는 거죠.

거대충돌설을 통해 달에 관한
많은 것들을 설명할 수 있습니다.

하지만 큰 문제가 하나 있죠.

거대충돌설은 달을 형성한 건 대부분
화성 크기의 천체라고 가정합니다.

즉, 지구와 달은 다른 물질로
만들어졌다는 거죠.

하지만 그건 사실이 아닙니다.

지구와 달은 실제로
일란성 쌍둥이와 마찬가지입니다.

행성의 유전 암호는
원소의 동위원소에 쓰여져 있습니다.

지구와 달의 동위원소는 동일합니다.

즉, 지구와 달은 같은 물질로
만들어졌다는 뜻이죠.

지구와 달이 쌍둥이라니 정말 이상하죠.

모든 행성은 다른 물질로
이루어져 있습니다.

따라서 행성의 동위원소는 모두 다르죠.

행성마다 고유의 유전암호가 있습니다.

유전적으로 같은 관계인 천체는
존재하지 않습니다.

오직 지구와 달만이 쌍둥이죠.

제가 달의 기원에 관한
연구를 시작했을 때,

거대충돌설을 거부하고자 하는
과학자들이 있었습니다.

이들은 거대충돌설이 지구와 달의
특별한 관계를 설명할 수 있는

가능성을 전혀 찾지 못했죠.

우리는 새로운 학설을 찾기 위해
노력했습니다.

문제는 더 나은 가설이
없다는 사실이었습니다.

다른 가설은 모두
더 큰 오류가 있었습니다.

그래서 우리는 거대충돌설을
살려보기로 했습니다.

저희 팀의 젊은 과학자 하나가
거대충돌설에서 회전 속도를 바꿔보자고

제안했습니다.

지구 자전 속도를 빠르게 하면
더 많은 물질이 섞일 수 있고

달의 기원을 설명할 수 있다는 거죠.

화성 크기의 충돌체가 선택되었습니다.

이것이 달을 형성할 수도 있고

지구의 하루 길이를
결정할 수도 있으니까요.

사람들은 모델링에서
이 부분을 좋아했습니다.

하지만 만약 지구의 하루 길이를
다른 무언가가 결정했다면 어떨까요?

그러면 달을 형성했을 수도 있는
수많은 거대충돌 가능성이 있을 겁니다.

저는 무슨 일이 생길 수 있는지
궁금했습니다.

그래서 빠르게 회전하는 거대충돌 상황을
시뮬레이션해봤죠.

그 결과 가능성을 발견했습니다.

지구와 같은 물질로 이루어진
파편을 만들어 낼 수 있었죠.

저희는 매우 흥분했습니다.

아마도 이것이 달의 기원을
설명할 방법일 테니까요.

문제는 이런 결과가 나올 가능성이
너무나 희박하다는 것이었습니다.

대부분의 경우 형성된 파편 원반은
지구 물질과 달랐습니다.

달이 이런 식으로 만들어졌다는 건

천문학적인 우연의 일치인 것처럼
보였습니다.

달과 지구가 특별하게 연결된 것이
우연의 산물이라는 생각은

모두가 쉽게 받아들이기 어려운
생각이었습니다.

거대충돌설은 여전히 문제가 있었고

우리는 달의 기원을 밝히기 위해
계속 노력하고 있었습니다.

그러다 어느 날
제 실수를 깨닫게 되었습니다.

저와 학생들은 고속 회전 거대충돌의
실험 데이터를 살펴보고 있었습니다.

그날 저희는 사실 달에 관해
생각하지 않았습니다.

지구만 들여다보고 있었죠.

지구는 매우 뜨거워져서
부분적으로 기화했습니다.

충돌로 인한 에너지 때문이었죠.

하지만 데이터는
행성의 것 같지가 않았어요.

정말 이상했습니다.

지구는 충돌 파편과
이상하게 연결돼 있었습니다.

저는 엄청난 흥분을 느꼈습니다.

완전히 잘못된 것이
정말 흥미로운 것일 수도 있었죠.

저는 계산을 하면서

떨어져 나간 파편이
행성 주변을 돌고 있다고 가정했습니다.

파편들의 성분을 계산하면서

충돌로 달이 형성될 수 있는지
실험하는 것이었죠.

하지만 더는 그렇게
간단해보이지 않았습니다.

저희가 실수를 하고 있었거든요.

행성이 항상 행성처럼 보일 거라고
생각하는 실수를 했죠.

그날 저는 거대 충돌로 완전히 새로운
무언가가 만들어졌다는 걸 알았습니다.

유레카를 외치는 순간들이 있는데

이건 그런 순간은 아니었습니다.

(웃음)

무슨 일이 벌어지고 있는지
전혀 알지 못했습니다.

저는 이 이상하고
새로운 물체와 마주했고

이게 무엇인지 알아내야 할
과제와 직면했습니다.

미지의 것과 조우하면
무엇을 하실 건가요?

어디서부터 시작해야 할까요?

우리는 모든 것을 의심했습니다.

행성이란 무엇인가?

행성이 더 이상
행성이 아닌 순간은 언제인가?

저희는 여러가지 새로운 생각을
해보기 시작했습니다.

낡은 고정관념을 버려야 했습니다.

새로운 생각을 하면서

모든 데이터와 현실 세계의
모든 법칙을 버릴 수 있었죠.

제 마음을 자유롭게 했습니다.

마음 속에 새로운 공간을 만들어

여러가지 터무니없는 생각들을 해보면서

그리고 그런 생각을 현실로 끌고 와
실험해보면서

저는 배울 수 있었습니다.

그 과정에서
우리는 많은 것을 배웠습니다.

저는 실험실 실험 결과와
컴퓨터 모델링을 결합했고

이런 결론을 내렸습니다.
대부분의 거대 충돌 이후

지구는 너무 뜨거워서
지표면이 없었다고.

지구에는 아주 깊은 가스층만 존재했고
깊을수록 밀도가 더 높아졌던 거죠.

지구가 목성같았을 거예요.

서있을 땅이 없죠.

그것이 문제의 한 부분이었습니다.

저는 전체적인 문제를
이해하고 싶었어요.

거대충돌에서 무슨 일이 있었던 건지
알아내고 싶은 마음을 버릴 수 없었죠.

거의 2년이 걸렸습니다.

기존의 생각을 모두 버리고

새로운 가설을 세워서

데이터를 이해하고

그 결과가 달에게
어떤 의미인지 알아냈죠.

저는 새로운 종류의 천체를
발견했습니다.

행성이 아니고

행성으로 만들어진 천체입니다.

이 행성은 중력이 너무 강해서

둥근 형태조차 유지할 수 없는
천체입니다.

행성은 자전을 하죠.

행성이 뜨거워지고 자전이 빨라지면

임계점에 다다를 때까지
적도가 계속 부풀어 오릅니다.

그 임계점을 넘어서면

적도에 있는 물질이
원반처럼 주변에 흩어집니다.

이건 이제 행성으로서
모든 규칙을 깨버린겁니다.

더 이상 함께 회전할 수 없습니다.

크기가 점점 커지면서
모양이 계속 변화합니다.

행성은 새로운 무언가가 되었습니다.

우리는 우리가 발견한 이 천체에
이름을 붙였습니다.

'시네스티아'입니다.

헤스티아 여신의 이름을 따서 만들었죠.

난로와 가정을 담당하는 그리스 여신인데

저희는 지구가 그렇게 됐다고
생각하거든요.

접두사는 "함께"라는 뜻이죠.

모든 물질 간의 관계를
강조하고 싶었습니다.

시네스티아는 행성에
회전타원체 형태의 한계를 넘는

열과 회전력이 주어졌을 때
나타나는 결과물입니다.

시네스티아를 보고 싶으신가요?

(환호)

제 시뮬레이션 중 하나를
시각화한 것인데요.

초기 지구는 이전의 거대 충돌 여파로
이미 빠르게 자전하고 있습니다.

형태는 망가졌지만 표면의 물 덕분에

지구인 걸 알 수 있죠.

충돌의 에너지가

지표면과 물, 대기를 기화시키고

단 몇 시간만에 모든 가스를
함께 섞어버립니다.

거대 충돌이 대부분
시네스티아를 만들어내지만

뜨겁고 밝은 시네스티아가
오래 가지 않는다는 걸 알아냈죠.

금방 온도가 내려가고, 줄어들면서
다시 행성 상태로 돌아옵니다.

지구와 같은 암석형 행성은

과거에 한 번 이상은
시네스티아로 바뀌었을 것입니다.

시네스티아는
달의 기원에 관한 문제를 해결할

새로운 방법을 제시합니다.

우리는 증기로 가득하고 거대한 시네스티아
안에서 달이 형성됐다고 주장합니다.

달은 기화한 바위 증기가 응축된
마그마 비 속에서 생성됐습니다.

달이 지구와 특별하게 연결되어 있는 것은

달이 지구 내부에서
형성됐기 때문입니다.

지구가 시네스티아 형태였을 때였죠.

달은 수년 동안 시네스티아 형태의
지구 내부에서 공전하면서

숨겨져 있었을 겁니다.

시네스티아가 차가워지고 크기가 줄면서
마침내 달이 모습을 드러냈습니다.

시네스티아는 지구로 바뀌기 전에

수백 년 이상 냉각됐을 것입니다.

저희의 새로운 이론에서는

거대 충돌이 시네스티아를 만들었고

시네스티아는 두 개의 천체로 나눠져

동위원소가 정확히 일치하는
지구와 달을 만들어낸 것입니다.

시네스티아는 우주 여기저기서
형성되어왔습니다.

하지만 우리는 상상력을 통해
이제서야 그 존재를 발견해냈죠.

제가 이 세상에 관해서
또 무엇을 놓치고 있는 걸까요?

제 고정관념 때문에 가려진 시야에
무엇이 숨겨져 있을까요?

다음에 달을 바라볼 때면

이걸 기억하세요.

여러분이 안다고 생각하는 것들이

정말 멋진 발견을 해낼
기회일지도 모릅니다.

(박수)