달과 매우 유사한 구성을 가진 화성 소행성이 발견됐다. 소행성은 화성과 지구와 같은 태양계에서 달 등 암석 행성을 형성한 거대한 충격의 파편일 수 있다.

트로얀즈(Trojans, 트로이목마) 천체는 양 떼가 행성 앞과 뒤 60도의 중력 궤도에서 행성을 따라가는 소행성의 한 종류다. 이는 태양계의 형성과 초기 진화에서 남은 물질을 대표하기 때문에 과학자들에게 큰 관심을 가지고 있다. 거대한 행성 목성의 궤도를 따라 수 천개가 존재하는 반면 화성에서는 드물었다.

이탈리아, 불가리아, 미국 과학자들이 참여, 북 아일랜드 AOP(Armagh Observatory and Planetarium)가 이끄는 팀은 화성의 트로얀즈를 연구, 태양계 내부 세계의 초기 역사를 밝히고 있다.

2010 TK7로 명명된 지구 트로얀즈는 10년 전에 NASA의 WISE 우주 망원경에 의해 발견됐다. 컴퓨터 모델링을 통해 지구 형성의 유물 행성이 아니라 화성과 목성 사이의 소행성 벨트에서 일시적인 방문자임이 밝혀졌다.

화성 트로얀즈의 구성을 확인하기 위해 팀은 칠레의 유럽 남부 관측소 8m VLT(Very Large Telescope)에 장착된 분광기 X-SHOOTER를 사용했다. X-SHOOTER는 소행성의 표면이 다양한 색상의 태양광(반사 스펙트럼)을 어떻게 반사하는지 살핀다.

연구팀은 알려진 구성을 가진 다른 태양계 몸체와 분광학 과정 스펙트럼 비교해 이 소행성이 지구와 같은 암석 행성과 유사한 물질로 만들어졌는지 아니면 목성 너머 바깥 태양계의 전형적인 탄소와 물이 풍부한 행성인지 확인하려 했다.

팀이 조사한 트로얀즈 중 하나는 소행성(101429) 1998 VF31이었다. 기존의 색상 데이터는 일반 연골석이라고 불리는 일반적인 운석과 유사한 구성을 제안했다. VLT의 집광 능력 덕분에 이 소행성에 대해 그 어느 때 보다 고품질 데이터를 수집할 수 있었다. 이 새로운 측정값을 이전에 하와이에 있는 NASA의 적외선 망원경 시설에서 얻은 데이터와 결합하여 팀은 101429를 분류하려고 시도했다. 그들은 다른 유형의 표면에서 스펙트럼을 포함하는 분석을 포함해 스펙트럼이 특정 유형의 운석이나 소행성과 잘 일치하지 않는다는 것을 발견했다.

놀랍게도 그들은 최고의 스펙트럼 일치가 다른 작은 물체가 아니라 가장 가까운 이웃인 달과 일치한다는 것을 발견했다. 스펙트럼 분석에 깊이 관여한 AOP 가린 보리소브(Galin Borisov) 박사는 “소행성에 대해 가지고 있는 많은 스펙트럼은 달과 크게 다르지 않지만 자세히 살펴보면 1미크론과 2미크론의 파장에서 넓은 스펙트럼 흡수 깊이 등 모양과 같은 중요한 차이가 있다. 그러나 이 특정 소행성의 스펙트럼은 분화구 내부와 산과 같이 노출된 기반암이 있는 달의 일부와 거의 유사해 보인다”고 설명했다.

이 분석에 대한 한 가지 가능성은 101429가 일반적인 콘드라이트 운석과 유사한 또 다른 소행성일 뿐이며, 우주 풍화라고 불리는 과정인 태양 복사에 수억 번 노출되어 달과 같은 모습을 나타내는 것이다. 또는 소행성은 달에서 왔기 때문에 달처럼 보일 수 있다.

AOP 천문학자이자 이 논문의 주 저자 아포스톨로스 크리스토우(Apostolos Christou) 박사는 “초기 태양계는 오늘날 우리가 보는 곳과 매우 달랐다. 새로 형성된 행성 사이의 공간은 파편으로 가득 차 있었고 충돌이 빈번했다. 큰 소행성은 계속해서 달과 다른 행성에 부딪혔다. 그러한 충돌로 인한 파편은 행성이 아직 형성 중이고 트로얀즈 구름에 갇혀있을 때 화성의 궤도에 도달했을 수 있다”고 설명했다.

이보다 더 가능성이 높은 시나리오는 물체가 화성 자체에서 유래했다는 것이다. 크리스토우 박사가 지적했듯이 101429 스펙트럼의 모양은 행성 크기의 몸체의 외층 또는 지각에서 발견되는 광물인 파이록센(pyroxene)이 풍부하다는 것을 알려준다.

크리스토우 박사가 지적했듯이 101429 스펙트럼의 모양은 행성 크기의 몸체의 외층 또는 지각에서 발견되는 광물이 풍부하다는 것을 알려준다.

달과 지구처럼 화성은 행성 자체만큼 넓은 분화구인 거대한 ‘Borealis’ 분지를 가졌다. 그러한 거대한 충격은 101429를 행성의 L5 라그랑지안 지점으로 쉽게 보낼 수 있었다.

“실제로 화성 기원은 몇 년 전에 101429의 트로얀즈 형제(유레카 계열로 알려진 트로이 목마 클러스터)에 대해 제안됐다. 이 소행성은 또한 특이한 구성을 가지고 있지만, 101429는 ‘pyroxene’이 풍부한 반면에 이 유레카 계열 소행성은 대부분 행성 맨틀에서 발견되는 광물 인 감람석이다.

팀의 앞선 연구에 따르면 태양 복사로 인해 도시 블록 크기의 덩어리 형태로 이 소행성에서 나오는 파편이 화성의 트로이목마 구름에서 서서히 누출된다. 지구 트로이목마 구름이 화성과 비슷하다면, 동일한 메커니즘이 흔하지 않은 구성으로 인해 눈에 띄는 지구 근처의 작은 소행성의 원천 역할을 할 것이다.

연구는 이카루스(Icarus) 저널에 실렸다.

*Apostolos A. Christou et al. Composition and origin of L5 Trojan asteroids of Mars: Insights from spectroscopy, Icarus (2020). DOI: 10.1016/j.icarus.2020.113994