지금껏 확인된 화성 운석은 400개에 이르지만, 인류가 이 천체의 내부를 들여다본 것은 극히 일부라는 주장이 제기됐다. 여러 운석 연구를 종합하면, 우리가 손에 넣은 암석은 화성 맨틀의 일부 영역에 편중됐을 가능성에 관심이 모였다.
이런 의문에 결정적으로 힘을 실은 것은 화성 운석 NWA 13441이다. 2019년 알제리에서 발견된 이 운석은 지금까지 알려진 셰르고타이트와 나이도, 동위원소 조성도 달랐다. 미국 보스턴칼리지 등이 NWA 13441을 분석한 결과를 지난 6월 공개하자 화성에 대한 인류의 연구가 얼마나 미미한 수준인지 드러났다.
셰르고타이트는 화성 내부 마그마가 식어 굳은 화성암으로, 지구에서 발견되는 화성 운석의 대부분을 차지한다. 화성 맨틀과 화산 활동을 연구하는 중요한 표본인데, 특정 연대에 상당히 몰려 있다.
기존에 연대를 측정한 셰르고타이트 대부분은 약 6억 년보다 젊거나 약 24억 년 전 형성됐다. 그 사이 약 18억 년에 이르는 공백이 있었는데, NWA 13441은 약 12억7300만 년 전에 결정화한 것으로 확인돼 이 빈틈을 처음으로 메웠다.
특히 주목받은 것은 화학적 특징이다. 연구팀이 희토류 원소 네오디뮴 동위원소를 분석한 결과 NWA 13441의 초기 조성은 기존 셰르고타이트와 달랐다. 오히려 태양계 형성 초기 물질을 대표하는 콘드라이트에 가까웠다.
연구팀은 NWA 13441을 만든 마그마가 지금까지 화성 운석에서 표본화되지 않은 비교적 원시적인 맨틀 저장소에서 나왔을 가능성을 제시했다. 기존에 알려진 여러 맨틀 물질이 섞여 이런 조성이 만들어졌을 가능성도 배제하지 않았다.
보스턴칼리지 딜런 실 연구원은 “화성 맨틀이 균질하지 않다는 가설은 이전부터 있었다”며 “2020년 셰르고타이트의 납 동위원소를 분석한 연구에서 화성 탄생 초기의 분화 과정이 화학적으로 서로 다른 맨틀 영역을 만들었을 가능성이 제기됐다”고 설명했다.
이어 “NWA 13441은 이런 기존 연구에 새로운 사례를 더했다”며 “지금껏 확보한 화성 운석과 다른 연대와 동위원소 특징을 가진 암석이 나타났다는 것은 현재의 화성 운석 표본이 행성 내부의 다양성을 충분히 반영하지 못했다는 의미”라고 지적했다.
실제로 화성 운석 400개가 화성의 400개 지역을 의미하지는 않는다. 화성에 대형 천체가 충돌할 때 한 지역의 암석 여러 조각이 한꺼번에 우주로 튕겨 나갈 수 있어서다. 서로 다른 이름이 붙은 운석이라도 같은 충돌이나 비슷한 지역에서 왔을 가능성은 얼마든 있다.
결국 중요한 것은 운석의 숫자가 아니라 이들이 화성의 몇 개 지역과 몇 종류의 맨틀 저장소를 대표하느냐다. 지구에서는 판구조 운동과 맨틀 대류로 내부 물질이 계속 섞이고 재활용된다. 반면 화성에는 현재 지구와 같은 전 지구적 판구조 시스템이 없어 행성 형성 초기에 만들어진 서로 다른 맨틀 영역이 수십억 년간 보존됐을 가능성이 있다.
딜런 실 연구원은 “NWA 13441 하나로 새로운 화성 맨틀 저장소가 확정된 것은 아니다”면서도 “기존 연구들과 함께 보면, 수백 개의 화성 운석을 확보하고도 인류가 실제로 들여다본 화성 내부는 일부에 불과할 가능성이 크다”고 말했다.
박지연 기자 yeon@sputnik.kr
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