우주비행사 해리슨 슈미트(왼쪽 아래)가 1972년 아폴로 17호 임무 중 달에 착륙한 모습. 가디언 홈페이지 캡처 

달이 최소 44억6000만 년 전에 탄생했다는 연구결과가 최근 발표되면서 달의 나이가 지금껏 알려진 추정치(미루어 생각하여 헤아린 값)보다 4000만 년 이상 앞당겨졌어요. 

과학자들은 지구와 태양 등을 비롯해 행성(중심별의 주위를 도는 천체)의 정확한 나이를 알아내기 위해 오랜 시간 노력해 왔어요. 행성의 탄생 시점은 세상 만물의 기원과 변화 과정 등에 대한 비밀이 담긴 열쇠로써 우주를 이해하는 데 매우 중요하기 때문. 

100년 남짓을 살아가는 인간에겐 짐작만 해도 까마득한 시간. 과학자들은 태양계 행성들의 나이를 어떻게 알아낼까요? 어동이와 나척척 박사의 대화를 통해 살펴봅시다. 

지구·화석·고대 유물의 나이까지 밝히는 ‘이 방법’

​
전자가 가운데 원자핵을 중심으로 돌고 있는 원자모형. 스페이스닷컴 홈페이지 캡처

어동이 박사님! 수 억만 년 동안 살아온 사람이 없는데, 어떻게 그 가려진 시간을 알아낼 수 있나요? 행성들의 나이를 어떻게 알아내는지 너무 궁금해요!

나척척 우리가 실제로 본 적 없는 공룡도 화석을 통해 언제, 어떻게 살았으며, 무엇을 먹었는지 등을 알아내지? 행성의 나이를 파악하는 것도 마찬가지야. 과학자들은 오래된 암석이나 우주에서 가져온 시료(검사, 분석 등에 쓰이는 물질) 등을 이용해 그 안에 담긴 시간을 파헤친단다. ‘방사성 연대 측정법’이라고 하지!

어동이 오잉? 방사성 연대 측정법이요? 그게 뭐예요?

나척척 특정 물질을 이루는 원자의 특성을 바탕으로 나이를 측정하는 방법이야. 차근차근 알아볼까? 어떤 물질을 구성하고 있는 기본 입자를 ‘원자’라고 해. 물질을 구성하는 수많은 원자들 중엔 서로 다른 원자일지라도 비슷한 화학적 성질을 가진 원자들이 있지. 이를 ‘동위원소’라고 해.

동위원소들 중에서 불안정한 원자들은 안정적인 원자가 되기 위해 에너지를 가진 입자를 방출하는 ‘핵 붕괴’ 과정을 거치는데, 이 과정은 오로지 ‘시간’의 영향만 받아. 주위 압력이나 온도 등과 관계없이 시간에 따라 규칙적으로 원소가 줄어드는 거지.

어동이 오호라∼ 압력이나 온도와 관계없이 시간의 영향만 받는다고요? 그럼 특정 원자의 ‘핵 붕괴’가 얼만큼 진행됐는지를 확인한다면?

나척척 역시 어동이가 똑똑하구나! 물질을 이루는 원자를 면밀히 살피면 시료의 나이를 밝혀낼 수 있는 거지. 이번에 새로 측정된 달의 나이도 이 방법을 활용했어. 미국 항공우주국(NASA·나사)의 유인 달 탐사 프로젝트인 아폴로 17호 우주비행사들이 1972년 달에서 가져온 토양 시료를 분석한 거야.

행성의 나이뿐 아니라 고대 유물이나 동물 화석도 이 방법으로 나이를 측정하고 있어. 원자가 시간의 비밀을 품은 ‘보물 시계’나 다름없는 셈이지.

어동이 박사님, 그런데 이 방법은 시료와 같은 물질이 있어야만 가능하겠네요?

나척척 맞아. 행성에 대해 가지고 있는 자료가 사진뿐인 경우엔 천문학자들이 사진 속 행성의 분화구(용암과 화산 가스 등의 분출구) 개수를 세어보면서 연대를 추정하기도 한단다. 일반적으로 나이가 많을수록 표면에 분화구가 더 많다고 알려지거든∼.

한결같이 반짝이는 별은 없다

​
과학자들은 태양의 나이를 45억8000만 년이라고 추정하고 있다. 네이처 홈페이지 캡처

어동이 어라? 과학시간에 행성과 항성(스스로 빛을 내는 천체)의 차이를 배웠거든요! 항성의 나이는 어떻게 측정하나요?

나척척 어동이가 행성과 항성의 차이도 알고, 제법인 걸? 스스로 빛을 내지 못하는 행성과 달리 항성은 태양처럼 스스로 빛과 열을 내는 천체로, ‘별’이라고도 부르지. 별들이 내는 빛은 나이가 들수록 밝기와 색상이 미묘하게 변한단다. 그래서 천문학자들은 별의 밝기를 통해 나이를 추정하기도 해.

자전(천체가 회전축을 중심으로 스스로 회전하는 것) 속도를 살펴보는 방법도 있어. 별은 나이가 들면 자전 속도가 느려지기 때문에 나이가 다른 별들과 자전 속도를 비교하면 항성의 나이를 추정할 수 있지.

이 밖에도 천문학자들은 꾸준히 감소하는 별의 자기(자석이 갖는 작용이나 성질) 활동이나 진동 패턴 등을 통해 나이를 알아본단다. 사람이나 동물뿐만 아니라, 태양계 식구들에도 세월의 흔적이 나타난다는 게 참 재밌지 않니?

▶어린이동아 전선규 기자 3q21@donga.com

위 기사의 법적인 책임과 권한은 어린이동아에 있습니다.

< 저작권자 ⓒ 어린이동아, 무단 전재 및 재배포 금지 >