거대충돌 가설

거대충돌 가설 또는 빅 스플래시는 달의 생성을 설명해 주는 과학적 가설들 중 현재 가장 널리 받아들여지고 있는 것으로, 젊은 지구와 화성 정도 질량의 '테이아' 또는 '오르페우스', '헤파에스투스'라고 불리는 물체가 충돌하여 달이 생겨났다는 것이다. 테이아는 그리스 신화에 등장하는, 달의 여신 셀레네를 낳은 거신족 티탄의 이름이다. 이 가설은 1974년 위성에 관한 학술 회의에서 최초로 제기되었으며 이후 1975년 윌리엄 케니스 하트먼과 도널드 R. 데이비스가 이카루스에 이를 게재하였다. 한 가지 가설로, 테이아는 지구와 같은 궤도를 공유하면서, 지구에서 60도 전후 위치의 라그랑주 점에서 생겨났다는 것이 있다. 원시 행성 테이아가 화성 정도 질량까지 자라나면서 더 이상 라그랑주 점에 안정적으로 존재할 수 없게 되었다. 그 결과 지구와 테이아의 각거리는 요동치면서 변하기 시작하였고, 테이아는 지구에 점차 접근하다가 끝내 충돌하게 되었다. 이 충돌 사건은 약 45억 3천 3백만 년 전에 일어난 것으로 보인다. 테이아는 지구에 비스듬한 각도로 부딪혔고, 테이아 본체는 산산조각났으며, 테이아의 맨틀 대부분 및 지구 맨틀 상당량은 우주 공간으로 분출되었다. 테이아의 중심핵은 지구 중심핵으로 가라앉았다. 컴퓨터 시뮬레이션에 의하면 우주 공간으로 분출되어 지구 주위에 고리를 형성한 물질들은 테이아 질량의 2퍼센트 수준이었으며, 이 중 절반 정도가 100년의 기간에 걸쳐 뭉쳐 현재의 달을 형성했다고 한다. 충돌 이전 지구의 자전 및 황도경사각이 어느 정도였는지를 고려하지 않을 경우, 충돌의 여파로 지구의 자전 주기는 5시간으로 빨라졌으며 지구의 적도는 달의 궤도와 거의 일치할 정도로 기울기가 바뀌었다. 천문학자들은 아폴로 달착륙 임무 중 수집한, 지구의 그것과 거의 비슷한 산소 동위 원소를 보여주는 월석을 거대충돌의 간접적 증거로 보고 있다. 달 지각의 조성물 중 회장암 및 크리프와 같은 광물이 풍부하다는 사실을 통해 달의 상당량이 한때 녹았으며, 충돌로 인한 거대한 에너지는 마그마 바다를 만들기에 충분했을 것이다. 여러 증거를 통해 달에 철의 핵이 존재한다면 그 크기는 작을 것임을 추측할 수 있다. 특히 평균 밀도, 관성 모멘트, 자전의 특성, 자기장 발생 반응을 통해 달의 중심핵 크기가 전체 지름의 25퍼센트에 불과함을 알 수 있다.(다른 지구형 암석 천체들의 경우 핵의 크기는 전체 지름의 50퍼센트에 이른다) 이론상의 충돌 조건에 의하면 지구 맨틀 및 테이아의 물질로부터 달이 생겨났고 테이아의 핵이 지구 중심핵으로 가라앉았음을 설명할 수 있으며, 지구-달 행성계의 각운동량 제약조건도 만족하게 된다. 플레이아데스 성단에 있는 젊은 별 HD 23514 주변 0.25 ~ 2 천문단위에 걸쳐 있는 따뜻한 먼지 원반은 원시 지구에 테이아가 부딪혔을 때의 결과를 예상한 값과 비슷하게 보인다. 이 먼지 원반은 행성급 천체들이 서로 부딪혀서 생겨난 결과물로 추정된다. 이는 다른 별 BD +20도307(HIP 8920, SAO 75016) 주위에서 발견된 따뜻한 원반과도 비슷하다. 그럼에도 불구하고, 거대충돌 가설에는 아직까지 풀리지 않은 쟁점들이 존재한다. 아래 목록은 구체적인 논쟁거리들이다. 달에 있는 휘발성 원소들의 비율이 거대충돌 가설과 일치하지 않는다. 지구가 용암의 바다로 덮여 있었다는 증거가 없다. 테이아 정도 질량의 천체가 부딪혔을 경우 지구 표면은 녹아내려 용암 바다로 덮였어야 하는데, 지구 표면에서 발견되는 몇몇 물질들에는 용암 바다 속에서 절대로 살아남을 수 없는 것들이 존재한다. 달의 구성 물질 중 산화 철의 함량이 13퍼센트임을 고려하면, 지구의 맨틀 물질로 달이 만들어졌을 가능성은 거의 없다. 만약 달로 뭉쳐진 덩어리들이 충돌로 튀어나온 물질들이라면, 현재 달에는 친철 원소가 풍부해야 하지만, 실제 달에는 상기 성분이 결핍되어 있다. 달 달의 지질학 지질학 크리프 로슈 한계 지구의 역사 본문 내용 출처 U. Wiechert, A. N. Halliday, D.-C. Lee, G. A. Snyder, L. A. Taylor, D. Rumble (October 2001). “Science” 294 (12): 345–348.  CS1 관리 - 여러 이름 (링크)[1] E., Belbruno; J. Richard Gott III (2005). “Where Did The Moon Come From?”. 《The Astronomical Journal》 129 (3): 1724–1745. arXiv:astro-ph/0405372. doi:10.1086/427539.  더 이상 지원되지 않는 변수를 사용함 (도움말) R. Canup and E. Asphaug (2001). “Origin of the Moon in a giant impact near the end of the Earth's formation”. 《Nature》 412: 708–712. doi:10.1038/35089010.  Joseph H., Rhee; 송인석, B. Zuckerman (2007). “Warm dust in the terrestrial planet zone of a sun-like Pleiad: collisions between planetary embryos?”. 《ApJ》.  더 이상 지원되지 않는 변수를 사용함 (도움말) 송인석; B. Zuckerman, Alycia J. Weinberger, E. E. Becklin (2005년 7월 21일). “Extreme collisions between planetesimals as the origin of warm dust around a Sun-like star”. 《Nature》 436: 363–365. doi:10.1038/nature03853.  더 이상 지원되지 않는 변수를 사용함 (도움말) Tests of the Giant Impact Hypothesis, J. H. Jones, Lunar and Planetary Science, Origin of the Earth and Moon Conference, 1998 [2]. 주의: 화성 정도 천체의 충돌로 충분히 지구 전체가 마그마 바다가 될 수 있음에도, 본 출처는 지구가 마그마로 덮인 적이 없다는 가설을 지지하고 있다. 그러나 명시적으로 마그마 바다가 없었다고 말하고 있지는 않다. The Bulk Composition of the Moon, Stuart R. Taylor, Lunar and Planetary Science, 1997, [3] E. M. Galimov and A. M. Krivtsov (2005년 12월). “Origin of the Earth-Moon System”. 《J. Earth Syst. Sci.》 114 (6): 593–600. doi:10.1007/BF02715942.  [4] 과학적 참고 문헌 William K. Hartmann, Donald R. Davis. Satellite-sized planetesimals and lunar origin, (International Astronomical Union, Colloquium on Planetary Satellites, Cornell University, Ithaca, N.Y., Aug. 18-21, 1974) Icarus, vol. 24, April 1975, p. 504-515 Alastair GW Cameron|Alastair G. W. Cameron, William R. Ward, The Origin of the Moon, Abstracts of the Lunar and Planetary Science Conference, volume 7, page 120, 1976 Canup, R. M.; Asphaug, E. (2001년). 《An impact origin of the Earth-Moon system》. American Geophysical Union.  CS1 관리 - 여러 이름 (링크) R. Canup and K. Righter, editors (2000). 《Origin of the Earth and Moon》. University of Arizona Press, Tucson. 555 pp쪽.  Charles Shearer and 15 coauthors (2006). “Thermal and magmatic evolution of the Moon”. 《Reviews in Mineralogy and Geochemistry》 60: 365–518. doi:10.2138/rmg.2006.60.4.  일반 자료 Dana Mackenzie, The Big Splat, or How Our Moon Came to Be, 2003, John Wiley & Sons, ISBN 0-471-15057-6. G. Jeffrey Taylor (1998년 12월 31일). “Origin of the Earth and Moon”. Planetary Science Research Discoveries.  행성과학 학회: 거대충돌 가설의 설명 달의 생성 과정을 컴퓨터 시뮬레이션으로 재현하고 있다.(Space.com) 달의 기원: AGW 카메론 교수 자바 애플릿을 이용한, 클렘퍼러 로제테 시뮬레이션 SwRI 거대충돌 가설의 시뮬레이션 (.wmv 또는 .mov 포맷을 재생 가능한 프로그램이 있어야 함) 달의 기원-강착 과정의 컴퓨터 모형 달의 생성 가설을 다룬 디스커버리 채널 DVD 지구에 달이 여러 개였던 적이 있는가? Archived 2008년 5월 10일 - 웨이백 머신 - 달을 탄생시킨 충돌로 말미암아 지구의 하늘에는 수백만 년 동안 파편조각들이 떠 다니고 있었다는 가설. New Scientist, 2008년 5월 6일. 행성과학 연구 디스커버리의, 달에 대한 논문. 거대충돌 가설에 대해 다루고 있다.