밤하늘에는 크고 익숙한 모습의 달이 있습니다. 달은 수백만 년 전부터 현대 인류까지 사람들을 매혹시키며 많은 문화에서 신 혹은 미지의 힘으로 묘사되고 늑대인간을 변화시키는 신비로운 천체로 인식되어 왔습니다. 인류가 발전하며 달은 더 이상 미지의 영역이 아닌 여행지로 더 나아가 식민지를 목표하고 있습니다.
이렇게 멀지만 가깝고 낯설지만 친숙한 달은 어떻게 탄생했을까요?
동시 형성 이론
달과 지구가 원시적인 행성계 원반(플라즈마, 먼지 또는 천체 주변의 입자들로 이루어진 디스크 모양)으로부터 중력에 영향으로 안쪽으로 천천히 응집, 결합되었다고 추측됩니다. 뒷받침되는 근거로는 지구와 달은 지질학적으로 유사하다고 하며 지구와 달이 형성되는 과정에서 지구가 더 많은 물질을 끌어들이며 달을 지구 궤도로 포획하였고 달은 지구를 공전하기 시작했습니다. 하지만 동시 형성 이론은 달이 지구 주변을 도는 각운동량을 설명하지 못합니다.
지구 분열 이론
분열 이론은 진화론의 아버지 찰스 다윈의 둘째 아들인 조지 다윈이 제시한 이론으로 원시 지구는 한때 빠르게 회전하였고 빠른 회전으로 인해 지구의 표면이 분리되며 달이 되었다고 생각했습니다. 지구의 맨틀과 달의 구성이 비슷했기 때문에 조지 다윈의 이론은 설득력이 있어 보였지만 원시 지구가 표면이 분리될 만큼 회전했다는 증거가 현재까지 발견되지 않았기 때문에 현재까지 가설에 머물러 있습니다.
지구의 달 포획
달이 태양계 내의 다른 곳에서 형성되었고 다른 천체의 궤도에 있었지만 궤도를 이탈하며 이동 중에 지구 가까이 지나가게 되었고 지구가 달을 궤도에 붙잡을 수 있었을 것으로 추측됩니다. 하지만 지구가 어떻게 달의 이동속도를 늦추고 포획할 수 있었는지에 대한 설명이 부족하며 지구와 달의 지질학적 유사성이 밝혀지고 힘을 많이 잃은 가설입니다.
테이아 충돌
파괴된 테이아의 잔해
화성 크기의 가상의 행성인 테이아가 지구와 충돌하며 두 천체의 다른 구성 성분으로 상대적으로 단단했던 지구는 온전히 남게 되고 테이아는 산산이 부서지며 남은 조각들이 달이 되었을 것으로 추측됩니다. 하지만 지구와 달의 원소(규소, 산소)의 농도가 비슷하기 때문에 설득력을 잃은 가설입니다.
유사한 천체의 충돌
테이아가 지구와 충돌했지만 기화는 일어나지 않았고 충돌로 인해 파편들이 달을 형성하는 과정까지는 앞에 소개한 이론과 비슷하지만 가장 큰 차이는 구성 물질입니다. 테이아가 지구와 같은 원시 행성계 원반의 반대편에서 형성되었기 때문에 지구와 구성 물질이 비슷하며 지구와 달의 지질학적 유사성을 설명할 수 있는 가설입니다.
충돌과 시네스티아 생성
테이아가 원시 지구와 충돌하며 강한 충격으로 기화되었고 회전하는 베이글 모양의 구름인 시네스티아가 생성되었을 것으로 추측됩니다. 시간이 지나면서 시네스티아 바깥쪽에 있는 물질이 달이되고 나머지 물질이 지구가 되었습니다. 이 이론으로 지구와 달의 비슷한 물질적 구성을 설명할 수 있지만 충돌 과정에서 발생한 엄청난 에너지와 온도를 정확하게 모델링 하는 데 어려움이 있는 실험적인 이론 단계에 있습니다.
다중 충돌 가설
초기 지구가 한 번이 아닌 여러 번의 충돌이 있었고 충돌로 인해 파편 지대가 형성하며 파편들이 모여 달이 되었다는 가설입니다. 2017년 이스라엘 과학자들에 의해 제안된 가설로 특정 사건이 아닌 점진적인 달의 형성을 주장하는 특이한 이론입니다. 하지만 달의 형성 과정을 구체적으로 제시하지 않았기에 현재까지는 실험적인 이론 단계입니다.