태양계행성과 달은 어떻게 생겼을까

태양계는 분자 구름 안에서 생겼습니다. 46억 년 전 근처 초신성의 충격파가 태양 성운의 붕괴를 촉발했고, 이어 태양이 점화되었으며, 행성들이 그 둘레에서 층층이 자랐고, 달은 거대 충돌에서 나왔습니다. 태양 성운의 붕괴부터, 40억 년 전 지구 표면이 식어 수백만 년 동안 비가 내려 원시 바다를 만든 때까지, 핵심 사건은 여덟 개입니다.

이 시대는 90억 년부터 97억 년까지이며, 우주에서 우리 자신의 작은 구석을 다룹니다.

여덟 개의 사건

• 46억 년 전 · 태양 성운 붕괴: 근처 초신성의 충격파가 붕괴를 촉발합니다.
• 45억 7천만 년 전 · 태양 점화: 중심 온도가 1,500만 도에 이릅니다.
• 45억 6천만 년 전 · 눈선: 눈선 바깥에서는 얼음 물질이 응결합니다.
• 45억 5천만 년 전 · 목성 형성: 거대 행성이 자기 궤도를 정리합니다.
• 45억 4천만 년 전 · 원시 지구: 녹아 있는 암석 덩어리.
• 45억 년 전 · 테이아 충돌: 충돌 파편이 달을 이룹니다.
• 41억 년 전 · 후기 대폭격: 혜성과 소행성이 물을 실어 나릅니다.
• 40억 년 전 · 원시 바다: 표면이 식고 수백만 년 동안 비가 내립니다.

태양계 탄생의 흔적

운석 속 알루미늄-26의 붕괴 산물은 태양계가 태어나던 바로 그때 근처에서 별 하나가 죽었음을 보여 줍니다. 논문 제목은 "화석인가 연료인가?"를 묻습니다(Lee, Papanastassiou and Wasserburg, The Astrophysical Journal Letters, 1977). 지구는 몇 살일까요? 운석 속 납 동위원소는 약 45억 5천만 년을 가리킵니다. 납 오염을 없애기 위해 이 연구자는 나중에 유연 휘발유 금지에도 힘을 보탰습니다(Patterson, Geochimica et Cosmochimica Acta, 1956).

달과 행성

컴퓨터 시뮬레이션은 화성 크기의 천체가 지구에 비스듬히 충돌했고 그 파편이 모여 달이 되었음을 보여 줍니다(Canup and Asphaug, Nature, 2001). 화성은 왜 그렇게 작을까요? 목성이 안쪽으로 이동했다가 토성에 끌려 돌아갔고, 그 과정에서 화성의 재료를 먹어 치웠기 때문입니다(Walsh et al., Nature, 2011).

물은 어디서 왔나

거대 행성들의 궤도가 격렬하게 재배열되면서 많은 소천체가 태양계 안쪽으로 날아들었고, 후기 대폭격을 일으켰습니다. 이것이 니스 모형입니다(Gomes, Levison, Tsiganis and Morbidelli, Nature, 2005). 하지만 액체 상태의 물은 그보다 더 일찍 나타났을 수도 있습니다. 모래알 크기의 저콘 알갱이는 지구가 생기고 불과 1억 5천만 년쯤 뒤에 액체 상태의 물을 가졌을 수 있음을 시사합니다. 논문 제목은 44억 년 전 대륙 지각과 바다가 있었다는 증거를 말합니다(Wilde, Valley, Peck and Graham, Nature, 2001).

이 증거를 연표와 비교하면 흥미로운 차이가 드러납니다. 연표는 원시 바다를 40억 년 전에 두는데, 저콘 연구는 액체 상태 물의 출현을 44억 년 전으로 앞당깁니다. 마찬가지로, 운석으로 구한 지구의 나이 약 45억 5천만 년은 연표의 원시 지구 45억 4천만 년 전과 멀지 않습니다. 연표는 따라가기 쉬운 대략의 순서를 주며, 정확한 연도는 연구가 갱신됨에 따라 달라집니다.

태양계만이 유일하지 않다

페가수스자리 51번 별 주위에서 거대 행성이 발견되었고, 이 행성은 4일 만에 별을 한 바퀴 돕니다. 태양계가 유일한 행성계가 아니게 되었고, 발견자들은 이 일로 2019년 노벨상을 받았습니다(Mayor and Queloz, Nature, 1995). 케플러 망원경은 하늘의 한 구역을 계속 응시하며, 행성이 별 앞을 지날 때 생기는 희미한 어두워짐으로 새로운 세계를 찾았고, 수천 개를 발견했습니다(Borucki et al., Science, 2010). 작은 적색왜성 하나 주위에는 지구 크기의 행성 7개가 모여 있고, 그중 몇몇에는 액체 상태의 물이 있을 수 있습니다(Gillon et al., Nature, 2017).

원문이 궁금하다면? 아래 제목으로 검색하세요

• Lee et al. (1977): Aluminum-26 in the early solar system: Fossil or fuel?
• Patterson (1956): Age of meteorites and the earth
• Canup and Asphaug (2001): Origin of the Moon in a giant impact near the end of the Earth's formation
• Walsh et al. (2011): A low mass for Mars from Jupiter's early gas-driven migration
• Gomes et al. (2005): Origin of the cataclysmic Late Heavy Bombardment period of the terrestrial planets
• Wilde et al. (2001): Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago
• Mayor and Queloz (1995): A Jupiter-mass companion to a solar-type star
• Borucki et al. (2010): Kepler planet-detection mission: introduction and first results
• Gillon et al. (2017): Seven temperate terrestrial planets around the nearby ultracool dwarf star TRAPPIST-1

게임에서는 어떻게 보여 줄까

게임에서 태양계 시대의 시간 범위는 "90억 년~97억 년"이고 자원은 미행성체입니다. 생성기는 분자 구름, 원시 행성 원반, 미행성체 충돌, 원시 행성이며, "구름이 원반이 되고, 원반 속 작은 천체들이 충돌하며 자라 마침내 행성이 된다"는 순서와 대략 맞습니다.