달은 처음부터 뜨거웠다? 달 뒷면에서 발견된 ‘마그마 바다’의 흔적

달이 처음 형성될 때, 표면 전체가 뜨거운 마그마 바다로 뒤덮여 있었을까? 중국 연구진이 달 뒷면에서 가져온 토양 샘플을 분석한 결과, 이 가설을 뒷받침하는 강력한 증거가 발견됐다. 연구에 따르면, 앞면과 뒷면의 샘플이 화학적으로 매우 유사하며, KREEP 층(칼륨(P), 희토류 원소(REE), 인(P)으로 구성된 층으로, 마그마 바다가 식으면서 마지막으로 형성된 암석층)이 양쪽에서 동일하게 발견됐다. 이로 인해 마그마 바다가 달 전체를 덮고 있었을 가능성이 더욱 커졌다.

달 앞면·뒷면, 닮은 성분

2024년, 중국국가항천국(CNSA)은 달의 뒷면에서 샘플을 채취해 지구로 가져오는 데 성공했다. 연구진은 가져온 달 토양 샘플 2g을 분석하고, 기존에 앞면에서 채취된 샘플과 비교했다.

분석 결과, 뒷면의 현무암이 앞면에서 가져온 현무암과 매우 비슷하다는 사실이 밝혀졌다. 특히, 동위원소 비율과 연대 측정 결과가 거의 일치했다. 이는 달이 형성 초기 전체적으로 뜨거운 마그마 바다로 덮여 있었다는 기존 가설을 뒷받침하는 중요한 증거다.

마그마 바다, 달 전체를 덮었을까?

‘마그마 바다 모델’에 따르면, 달이 처음 생겼을 때 거대한 마그마 바다로 뒤덮여 있었다. 시간이 지나면서 마그마가 식고 굳어지면서 무거운 물질은 가라앉아 맨틀을 만들고, 가벼운 물질은 표면으로 떠올라 지각을 형성했다. 이 과정에서 마지막까지 남아 있던 특정 원소들이 뒤섞여 KREEP 층이 만들어졌다.

KREEP 층, 앞면과 뒷면 모두에서 발견

연구진이 분석한 결과, 달 앞면과 뒷면 샘플 모두 KREEP 층의 특징을 가지고 있었다. 특히, 두 샘플이 거의 동일하다는 점에서 마그마 바다가 달 전체를 뒤덮었을 가능성이 크다는 결론이 나왔다. 이번 연구는 ‘마그마 바다’ 이론이 단순한 가설이 아니라, 실제로 달이 형성된 방식일 가능성이 높음을 보여준다.

또한, 연구진은 앞면과 뒷면의 샘플 간에 일부 동위원소 차이가 있다는 점도 발견했다. 이 차이는 마그마 바다가 굳어진 이후, 달의 각 지역이 서로 다른 환경에서 진화했기 때문일 가능성이 크다. 이번 연구는 달이 어떻게 형성되고 변화해왔는지에 대한 중요한 단서를 제공한다. 앞으로 추가적인 샘플 분석이 이루어진다면, 달의 초기 역사에 대한 이해가 더욱 깊어질 것으로 기대된다.

연구 결과는 국제 학술지 Science에 게재됐다.

손동민 기자/ hello@sciencewave.kr

더 많은 정보: Xiaochao Che et al, Isotopic and compositional constraints on the source of basalt collected from the lunar far side, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adt3332

자료: Science