만약 달이 지구에 두배 가까이 접근한다면 어떻게 될까요?

2003년 짐 캐리의 영화 "브루스 올마이티"에서, 캐리의 캐릭터는 갑자기 신과 같은 힘을 얻었고, 그 힘을 사용하여 보름달을 달에 달아 그의 사랑을 얻기 위해 지구에 더 가까이 끌어당깁니다. 영화의 후반부에서, 배경 사진들은 전세계에 거대하고 전례가 없는 홍수에 대한 TV 뉴스 보도들을 보여줍니다.

이 영화는 분명히 환상적이지만, 만약 달이 오늘날보다 지구에 두 배 가까이 접근한다면 어떤 일이 벌어질까 하는 질문을 던져줍니다?

사실, 영화의 홍수 시나리오는 달이 갑자기 지구에 훨씬 더 가까이 다가왔을 때 실제로 일어날 수도 있는 일과 멀지 않다고 메인 대학의 물리학자인 Neil Comins가 말했습니다. 달의 가장 잘 알려진 효과는 지구의 바다에 중력이 작용한다는 것인데, 매일 두 번의 만조와 두 번의 간조라는 결과를 낳습니다.

그러나 만약 달이 지금처럼 지구로부터 반 정도 떨어진 거리에 있다면 조수의 높이는 8배가 될 것이라고 코민스는 라이브 사이언스에 말했습니다. 일부 섬들은 하루 종일 완전히 물에 잠겨 있을 것이며 만조 때문에 사람들이 거주할 수 없는 해안선이 될 것이라고 그는 덧붙였습니다.

그러나 해수면 상승이 달에 가까워진 것만의 결과는 아닐 것입니다. 또한 달은 지구 육지에 조석효과를 가져온다고 코민스는 말했습니다.

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만약 달이 갑자기 지구에 두 배 가까이 다가간다면, 그 효과는 망치로 징을 치는 것과 같을 것이라고 코민스는 말했습니다: 에너지의 파동은 달의 중력이 갑자기 강해져서 행성에 울려 퍼질 것입니다. 

런던 퀸 메리 대학의 역사적, 사회적 화산학자인 재민 스칼렛은 "갑작스러운 중력의 충격은 실제로 지각에 영향을 미칠 것이며, 이는 더 많은 지진을 유발할 수도 있다는 것을 의미하며, 화산 폭발을 더 많은 화산 폭발을 유발할 수도 있다"고 말했습니다.

예를 들어, 태양계에서 가장 화산활동이 활발한 세계인 목성의 위성 Io를 예로 들어보자. Io의 화산활동은 목성과 다른 두 위성의 중력으로 인한 밀림에서 비롯된다고 스칼렛은 말했습니다. 만약 달이 갑자기 반 정도 가까이 다가간다면 지구도 비슷한 운명을 볼 수 있을 것입니다.

모든 갑작스런 지각 좌굴과 함께, 지구의 자전은 시간이 지남에 따라 느려질 것입니다. 이것은 달의 중력이 대양을 끌어당기면서 해저와 물 사이의 마찰로 인해 지구의 자전이 느려지기 때문입니다. 오늘날 지구의 자전은 세기당 약 1,000분의 1초씩 느려지고 있다고 Comins는 말했습니다. 만약 달이 반쯤 떨어진 곳에 있다면, 지구의 자전은 훨씬 더 느려져서 우리의 낮과 밤을 끌게 될 것입니다. 

만약 우리가 갑작스러운 지진, 화산 폭발, 낮과 밤의 연장, 높은 조수 속에서 살아남는다면, 적어도 우리는 더 자주 일식을 볼 수 있을 것입니다. 코민스는 달이 하늘의 더 넓은 영역을 덮을 것이기 때문에, 우리의 관점에서 보면 태양 앞을 지나갈 가능성이 더 높을 것이라고 말했습니다. 우리는 여전히 달의 어두운 실루엣 주변에서 빛나는 태양의 코로나(외부 대기)를 볼 수 있지만, 그렇게 명확하지는 않다고 그는 덧붙였습니다. 그렇지 않으면, 달과 그것의 단계는 거의 같아 보일 것이고, 하늘에서는 더 커 보일 뿐입니다. 

그리고 만약 달이 지구를 향해 갑자기 움직이는 것이 아니라 천천히 나선형으로 움직이고 있다면 어떨까요? 그 행성의 지각과 조수는 생명체가 적응할 수 있도록 더 점진적으로 변화할 것이라고 스칼렛은 말했습니다. 낮과 밤이 길어지면 우리의 기후가 변화하고 다양한 방식으로 진화의 변화를 이끌 수 있다고 스칼렛은 말했습니다. 동물들은 밤에 더 밝은 달에 적응해야 할 것입니다. 예를 들어, 포식자들이 사냥을 할 때 더 많은 빛을 가질 수 있기 때문에, 먹이는 밤에 더 잘 숨기는 방법을 배워야 할 수도 있습니다. 

Morgan Freeman에게 초능력을 부여한 것이 지구와 달의 충돌의 원인이 되지는 않겠지만, 어떤 자연적인 것이 달이 지구에 더 가깝게 떠다니게 할 수 있을까요?

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물론 이것은 터무니없는 추측이지만, Comins는 "충분히 거대한 물체가 지구-달계에 가깝게 통과하고, 이것이 지나갈 때 달이 궤도의 정확한 위치에 있다면, 이 물체는 잠재적으로 달로부터 에너지를 얻을 수 있고, 그것은 그것이 우리에게 더 가까운 나선형으로 돌아가게 할 것입니다"라고 Comins는 말했습니다.

따라서 거대한 소행성이 정확한 타이밍에 정확한 위치에서 지구를 스쳐 지나가는 것이 배수구를 도는 공처럼 달을 우리 쪽으로 밀어내기 위해서일 것입니다. 물론 그런 일이 일어난다고 해도 달이 지금처럼 절반의 거리를 멀어지는 데는 여전히 수 년, 수 년이 걸릴 것이기 때문에 지구는 당장 그 영향을 느끼지 못할 것입니다.

영화 Moonfall의 예고편은 우리의 위성이 편안함을 느끼기에 너무 가까워지는 것을 보여줍니다. 여기 달을 궤도 밖으로 밀어내는 데 필요한 물리학이 있습니다

달은 초기 지구를 감자 모양으로 늘였을지도 모릅니다.달이 처음 형성되었을 때, 극도로 빠른 회전과 이상한 모양과 같은 기이한 효과를 일으키며, 지구의 궤도를 훨씬 더 가깝게 돌았습니다.

약 45억년 전, 격변적인 충격으로 간신히 형성된 지구의 잔해들이 달을 만들어냈습니다. 그 당시, 그 행성은 전세계적인 넓은 지각을 가로질러 용암이 가끔 흘러나오고, 그 행성의 더 복잡한 지질학적 특징들의 형성은 아직도 먼 거리에 있는 등, 많은 지구과학자들은 다소 평평한 장소였다고 추정했습니다.

하지만 새로운 모델에 의하면, 그 당시 젊은 달은 지구에 너무 가까이 붙어 있어서 우리의 배아 가정에 매우 이상한 영향을 끼쳤다고 합니다.

그 단계의 달은 지금보다 지구에 최대 30배 가까이 가까웠습니다. 새로운 계산에 따르면 이 근접성은 지구와 달의 궤도 왈츠 사이의 평형을 뒤집었습니다. 궁극적으로, 그것은 지구가 너무 빨리 회전하게 하여 행성이 럭비공과 양면 프리스비 사이의 어딘가에 있는 모양으로 늘어나게 만들었습니다.

이 이상한 모양의 지구는 극적인 산 건물과 심오한 화산 활동의 세계였고, 지질학적인 소용돌이는 아마도 지구의 땅 덩어리들을 구성하는 암석들의 초안을 포함하여, 모든 종류의 복잡한 암석들과 광물들을 제조할 수 있는 잠재력을 가지고 있었습니다.

"지구 역사의 처음 수천만 년 동안, 이 모든 것은 믿을 수 없을 정도로 역동적인 장소였습니다."라고 캘리포니아 공과대학의 행성 과학자이자 이 연구의 공동 저자 중 한 명인 사이먼 락은 말합니다. "이곳은 사람들이 상상해왔던 것과는 매우 다른 세상입니다."

비록 이 새로운 모형이 아직 동등한 평가를 받지는 않았지만, 몇몇 전문가들은 이 모형이 충분한 장점이 있다고 생각합니다. 이 연구에 참여하지 않았던 런던 자연사 박물관의 행성과학 교수 사라 러셀은 지구가 잠깐 감자처럼 보였다는 생각이 이상해 보일 수도 있다고 말합니다. 하지만 이 신생 위성이 지구의 초기 지질 공학자들 중 한 명이었을 가능성도 있습니다.

"전에 그런 말을 들어본 적이 없는데 정말 놀랍습니다."라고 그녀는 말합니다.

한번씩
지구의 발달에 대한 기록이 바위에 기록되어 있습니다. 하지만 흐르는 공기와 얼음 그리고 물은 오래된 바위들을 집어삼키고, 물속 깊은 곳에 있는 참호들은 고대의 지각을 전멸시킵니다. 이러한 모든 행동은 그 행성의 지질학적 역사의 많은 부분이 사라졌다는 것을 의미합니다. 지구가 형성된 직후의 시대는 특히나 잘 알려져 있지 않지만, 지질학자들은 종종 상당한 시간 동안 이곳이 약간 칙칙했던 것으로 추정합니다. 즉, 안개 낀 화산 하늘 아래의 정체되고 바위투성이의 표면 말입니다.

그렇다면, 호주에서 지르콘이라고 불리는 거의 파괴될 수 없는 결정체들이 방사성 붕괴 측정을 통해 44억년이나 된 것이 발견되었다는 것은 당혹스러운 일입니다. 이러한 광물들은 보통 화강암과 같은 화학적으로 복잡한 암석들에서 발견되는데, 과학자들은 지질학적으로 빛이 없는 지구가 어떻게 그러한 진보된 물질들을 만들 수 있었는지에 대해 의견 일치를 이루지 못했습니다.

아마도 달이 그것과 관련이 있다고 락은 생각했습니다.

우리의 달은 지구가 합쳐진 직후에 나타났습니다. 행성 크기의 물체가 지구에 부딪혀 대략 구형의 자연 위성으로 뭉친 달의 빌딩 블록 고리를 만들었습니다. 시뮬레이션은 이 새로운 동반자가 오늘날보다 그 행성에 훨씬 더 가까이 궤도를 돌았다는 것을 나타냅니다. 이것은 지구의 자전에 영향을 미쳤을 것이지만, 이전의 연구들은 더 넓은 결과를 조사하지 않았습니다. 궁금하게도, 락은 지구의 자전에 대한 달의 효과가 어떻게 작용했을지 보기 위해 자신의 시뮬레이션을 만들었습니다.

결과는 오는 3월 제51회 달 및 행성 과학 컨퍼런스에서 발표될 예정이었으나, 코로나바이러스 팬데믹으로 인해 텍사스에서의 대면 모임이 취소되었습니다. 결과를 요약하면 놀라운 그림이 그려져 있으며, 우리 행성의 춤 동반자는 건축가의 지옥이라고 여겨집니다.

네가 날 빙빙 돌게 한거지

지구와 달은 불가분의 관계로 중력의 춤에 묶여 있고, 물리 법칙은 만약 한 물체가 행동을 바꾸면 균형을 유지하기 위해 다른 물체가 스스로 변해야 한다고 요구합니다. 각운동량 보존으로 알려진 한 가지 균형 작용은 달이 가까이 있을 때 지구가 더 빠르게 회전하고, 멀리 있을 때는 더 느리게 회전한다는 것을 의미합니다.

녹은 암석으로 이루어진 지구의 바다가 단순한 지각을 발달시킨 직후, 오늘날 238,900마일에 비해 달은 단지 8,000마일 밖에 떨어져 있지 않았을 수도 있습니다. 지구는 매우 빠르게 회전하고 있어서 하루가 겨우 2.5시간밖에 걸리지 않았을 수도 있습니다. 구형으로 된 것이 상당한 타원형으로 변형되었어야 할 것입니다.

"초기 지구가 이렇게 평평할 줄은 생각도 못했어요." 라고 이 연구에 참여하지 않은 댈러스 텍사스 대학의 판구조론 전문가 로버트 스턴이 말했습니다. 말도 안 되는 소리 같지만, 그는 "말이 된다"고 말합니다

오늘날 먼 달의 중력은 우리의 바다를 끌어당기며 조수를 만듭니다. 그 당시에는 중력의 힘이 훨씬 더 컸습니다. 새로운 모델에 따르면, 그것은 달에게 쫓기면서 지구 주위를 도는 단단한 바위의 거대한 볼록한 모양을 만들었다고 합니다. 그러나 이러한 추구는 달이 가속을 하게 하여 행성과의 탱고를 뒤엎었습니다. 균형을 회복하기 위해, 달은 피루에팅 춤 파트너로부터 멀어지기 시작했습니다.

지구는 터무니없는 회전 속도를 늦추며 대응했습니다. 그렇게 하면서, 마치 약간 찌그러진 축구공처럼 한데 뭉쳤습니다. 적도를 따라 있는 바위들은 마치 자동차 충돌에 걸린 것처럼 서로 부딪혔고, 화려한 산 건물의 모습을 차올리기 시작했고, 이제는 사라졌습니다.

극 근처에서는 지각이 갈라지고 있었습니다. 그 아래에 있던 과열된 맨틀이 그 틈으로 흘러 들어가면서 감압되고 녹으면서, 마그마가 많이 생겨났습니다. '락'의 말에 따르면, 이는 "오늘날 지구의 대양저 산맥에서 일어나는 것과 매우 비슷하지만, 초고속으로 일어나는 것" 이라고 합니다. 이는 보통 거북처럼 생긴 지각을 만드는 것보다 훨씬 더 빠른 것을 의미합니다.

이 대혼란이 일어나는 동안, 거대한 암석 판들 중 일부는 맨틀 안으로 밀려 내려왔을지도 모릅니다. 그렇다면, 이는 지구의 부엌에 화학적으로 진화한 광물들을 구성할 수 있는 재료를 제공했을 것입니다. 44억년 된 지르콘 지질학자들이 발견한 것과 같은 것이죠. 그리고 만약 이 지르콘들이 정말로 화강암에 속했다면, 이는 오늘날 우리가 살고 있는 땅의 많은 부분을 구성하고 있는 대륙성 암석의 종류를 만들어내려고 한 지구의 첫 번째 시도를 보여주는 것일 것입니다.

외계인 세계

스턴 씨는 지구의 초기 역사에 대한 논의는 행성 과학자들이 아니라 지질학자들이 주도하고 있다고 말합니다. 하지만 스턴 씨는 "진짜 흥미로운 일들은 새로운 집단들이 기여할 때 일어납니다."라고 덧붙였습니다. 이상하게 생긴 젊은 지구를 특징으로 하는 이 새로운 접근법은 "분명히 예전 같지도 않고, 옛날 같지도 않습니다."

이번 연구에 참여하지 않았던 노스캐롤라이나 주립대학의 행성 지질학자 폴 번은, 달이 지구 초기의 모습을 형성하는데 역할을 했다는 것은 지극히 당연한 일이라고 말하고 있습니다. 하지만 그는 아마도 달이 작업을 하고 있는 유일한 건축가는 아닐 것이라고 덧붙였습니다. 초기 지구 내부의 온도는 오늘날보다 세 배나 더 뜨거웠으며, 달의 도움이 있었거나 없었거나 간에, 그 열기는 지표면에서 발생하는 모든 종류의 변화들을 부채질할 수 있었을 것이라고 그는 말합니다.

지구는 먼 과거의 지질학적 과거를 묻었기 때문에, 달이 행성의 청소년기에 끼친 영향에 대한 이야기는 증명하기 어려울 것입니다. 하지만 러셀은 만약 이 모델이 옳든 그르든 상관없이, 우리가 오늘날 인식하는 집이 아니라, 젊은 지구를 외계 세상으로 생각한다면, 그것은 분명히 우리가 행성의 초창기를 더 잘 이해하는 데 도움이 된다고 말합니다.