달은 어디에서 왔을까

위성은 보통 행성에 비해 작아요. 화성에는 위성이 2개 있는데, 둘 다 지름이 10~20킬로미터쯤 되는 울퉁불퉁한 덩어리예요. 목성의 위성들은 크지만 목성 자체가 거대하죠. 그런데 지구 위에는 지구 지름의 4분의 1보다 큰 구체가 떠 있어요. 태양계의 다른 행성에는 이런 비율이 없어요.

간단한 설명들을 차례로 검토했어요. 포획: 지구가 지나가던 천체를 끌어당겼다는 설명이에요. 하지만 궤도에 머물려면 그 천체가 어딘가에서 속도를 잃어야 하는데, 지구 주변 우주는 그렇게 되기엔 너무 비어 있어요. 공동 형성: 지구와 달이 같은 먼지에서 나란히 뭉쳤다는 설명이에요. 그렇다면 전체적인 구성도 비슷해야 하지만, 달에는 철로 된 핵이 거의 없어요. 분리: 지구가 빠르게 회전하다가 스스로 일부를 튕겨냈다는 설명이에요. 그러려면 하루가 2시간 정도였어야 해요.

오랫동안 너무 거칠다고 여겨졌던 설명만 남았어요. 1970년대 중반, 계산 결과 화성 정도 크기의 천체가 젊은 지구를 스치듯 치면 우리가 보는 모습과 비슷한 결과가 나온다는 사실이 밝혀졌어요. 이 천체를 테이아라고 해요. 충돌이 비스듬했기 때문에 주로 상층부 물질이 궤도로 튕겨 나갔어요. 철이 거의 없는 암석이었죠.

아폴로 탐사대는 달의 암석 약 382킬로그램을 가져왔어요. 태양계의 천체마다 산소 동위원소 비율이 달라요. 화성에는 화성의 비율이 있고, 소행성에서 온 운석에는 또 다른 비율이 있죠. 달의 시료에서는 그 비율이 지구와 같았어요. 달의 밀도가 낮다는 점도 여기에 더해 보세요. 내부에 무거운 철이 거의 없고, 지구의 맨틀과 비슷한 물질이 들어 있어요.

하지만 이 깔끔한 그림에는 반대편도 있어요. 테이아는 다른 곳에서 왔으니, 테이아의 동위원소 흔적이 이 패턴을 눈에 띄게 흐트러뜨렸어야 해요. 그런데 그런 흔적이 발견되지 않아요. 그래서 모델을 다듬고 있어요. 충돌 뒤 물질이 처음 생각보다 더 철저히 섞였거나, 테이아가 같은 물질에서 가까운 곳에 함께 자랐을 수 있다는 거예요. 논쟁의 초점은 충돌 자체가 아니라 충돌의 기하학적 형태예요.

이 정도 규모는 머릿속으로 떠올리기 어려워요. 익숙한 이미지로는 감이 오지 않거든요. 잠시 속도를 늦추고 달을 익숙한 암석의 한 조각으로 바라보면 도움이 돼요.