1970년대 초, NASA의 아폴로 우주선이 달에서 샘플을 지구로 가져온 이후, 과학자들은 달의 표면인 레골리스에서 물, 이산화탄소(CO2), 헬륨, 아르곤, 질소와 같은 휘발성 물질의 흔적에 대해 궁금해했습니다. 이후 그들은 질소 이온을 포함한 일부 물질이 지구의 고층 대기에서 유래되었으며, 태양풍에 의해 달로 불려졌을 가능성이 높다는 것을 깨달았습니다. 지난 20년간 가장 보편적인 가설은 물질의 이동이 지구가 자기장을 형성하기 전까지만 발생했다는 것이며, 이 무형의 힘이 대기 이온을 날아가지 않도록 유지할 수 있다는 것이었습니다.
그러나 최근 ‘Communications Earth & Environment’ 저널에 발표된 연구에서 저자들은 아폴로 샘플의 데이터와 지구 자기권의 진화를 시뮬레이션하는 컴퓨터 모델을 결합하여 이 가설이 틀렸음을 발견했습니다. 대신, 대기 이온의 이동은 달이 지구의 자기권 꼬리를 통과할 때 가장 강하게 발생한다는 것입니다. 자기권의 가장 큰 부분은 항상 태양에서 멀어지는 방향을 향하고 있습니다. 연구 결과는 지구 대기의 이온(파란색)이 태양풍(빨간색)에 의해 무형의 자기력선(흰색)을 통해 달로 운반되는 과정을 나타냅니다.
모델에 따르면, 지구의 꼬리에서 대기 이온이 날아가는 것을 방지하는 대신, 자기력선이 “무형의 고속도로” 역할을 하여 이온을 달로 유도하여 표면에 통합되도록 합니다. 따라서 대기 이온의 이동 과정은 약 37억 년 전 자기권이 형성된 직후부터 시작되었을 수 있으며, 오늘날까지 계속되고 있습니다. 이 결과는 달의 토양이 지구 대기에 대한 “장기 데이터 저장소”를 보유할 수 있음을 시사하며, 향후 우주 비행사들이 이 천체에서 거주하고 작업할 수 있도록 귀중한 자원을 포함할 가능성을 열어줍니다.
연구의 주요 저자인 로체스터 대학교의 행성 과학자 슈브혼카르 파라마닉은 “우리의 연구는 화성과 같은 행성에서의 대기 손실을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 화성은 한때 지구와 유사한 자기장을 가지고 있었습니다”라고 말했습니다. 그는 이어서 향후 연구가 이러한 과정이 어떻게 행성의 생명 유지 가능성을 형성하는지에 대한 이해를 돕길 바란다고 덧붙였습니다. 또한 NASA의 아르테미스나 중국의 항아 등 향후 임무에서 수집된 달의 토양은 지구의 지질학적 역사에서 공백을 채울 수 있는 기회를 제공할 수 있습니다.