한국항공우주연구원

달에는 대기가 존재하지 않지만 전리층이 존재한다는 증거를 달 연구자들이 발견하였다. 이는 달 연구자들에게 오랜 기간 동안 풀리지 않는 문제였지만 그에 대한 해답을 발견한 것이다.

이에 앞서 우선 전리층에 대하여 알아보자.
모든 대기를 가진 내행성들은 전리층을 가지고 있다. 단단한 행성 표면위에 대기가 존재하고 대기와 진공상태의 우주공간이 접하는 부분에서 태양으로부터 온 자외선에 의해 대기의 원자들이 전리되어 층을 형성하는데 이것을 전리층이라고 한다.

지구에서 전리층은 통신과 항법 등에 큰 영향을 미친다. 예로 전리층은 짧은 파장대의 전파를 반사시켜 지평선 너머까지 장거리 통신을 가능하도록 한다. 또한 때로는 전리층의 불안정한 상태로 인해 GPS등의 통신 신호가 굴절되거나 산란되어 위치 계산 오류가 발생하기도 한다.

달 주변의 전리층에 대한 최초의 신뢰도 있는 증거는 1970년대 소련의 탐사선인 루나 19호(Luna 19)와 루나 22호(Luna 22)에 의해 알려졌다. 이러한 달 탐사선은 가까운 거리에서 달 주변을 공전하며 달 표면 위 수십 km 상공까지 cm당 1000개의 전자가 분포하는 정도의(전자밀도 1000electron/cm) 전리된 물질들의 층을 측정하였다. 이것은 이론적으로 설명할 수 있는 양보다 약 1000배정도 많은 양이다. 또한 전파천문학자들이 멀리 있는 전파원이 달의 가장자리 뒤쪽을 지날 때 달의 전리층 존재에 대한 징후를 발견 하였다.

대기가 없는 달에 전리층이 존재한다는 사실은 이해가 되지 않지만 위와 같은 증거들은 설득력이 충분히 있어 보인다.

사실 달에는 대기가 전혀 존재하지 않는 것이 아니다. 방사능 반감기에 의해 만들어진 소량의 기체가 달의 내부에서 방출되어 나오고 유성체나 태양풍에 의해서도 달 표면에서 원자들이 방출된다. 결과적으로 아주 얇은 대기가 존재하기는 하지만 달 연구자들은 이를 대기라고 부르기보다는 달의 외기권이라고 한다. 달의 외기권의 밀도는 지구의 대기보다 10배 만큼 작기 때문에 우주선이 감지한 규모의 밀도를 가진 전리층을 추측해 내기는 어렵다.

지난 40년 동안 달의 전리층에 대한 해답은 미스터리였다. 하지만 올해 초 고다드 우주비행센터(Goddard Space Flight Center)의 팀 스터브(Tim Stubbs)가 발표한 논문에서 그 해답이 제기되었는데 그가 제안한 답은 달먼지 이었다.
팀 스터브는 달의 지평선 너머로 대기광이 보인다고 보고한 아폴로15호 우주인의 기록을 보고 이는 달먼지 때문이라고 믿었다. 달은 매우 많은 먼지의 입자에 의해 둘러싸여있기 때문이다. 이러한 입자들이 태양의 빛을 받아 지평선을 따라 대기광을 만든 것이다.

스터브와 그의 동료들은 이러한 달먼지의 존재에 착안하여 태양자외선이 먼지입자들을 전리시키면서 달에 존재하는 만큼의 풍부한 전리층이 발생된 것임을 계산해 내었다.

기체가 아닌 먼지에 의해 발생된 전리층은 행성과학 분야에서 매우 흥미로운 주제인데 이것은 밤과 낮, 또는 태양주기의 여러 단계에서 어떠한 양상을 보일지, 또는 미래에 달에서의 전파통신이나 항법의 적용에 있어서 어떠한 영향을 줄지 아직은 아무도 알지 못하기 때문이다.

이러한 사실은 현재 달 주변을 공전하고 있는 나사의 아르테미스탐사선(ARTEMIS probes)과 2013년에 달의 외기권 연구를 목적으로 발사될 예정인 라디 우주선(LADEE spacecraft)에 의해 좀 더 명확히 밝혀질 것으로 기대된다.

이 기사는 http://www.nasa.gov를 참조하여 작성하였습니다.