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일반지구과학 및 실습 Ⅰ
1 4 주 차 태 양 계 의 부 스 러 기
- 우 주 충 돌 : 지 구 에 미 치 는 영 향 -
작은 운석들은 거의 매일 지구에 떨어지고 있으며 충돌 크레이터들의 존재는 과거에 훨씬 더 큰 충돌이 있었음을 입증하고 있다
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4 . 우 주 충 돌 : 지 구 에 미 치 는 영 향
대부분의 충돌은 거의 40 억 년 전에 끝난
대폭격 (heavy
bombardment) 중에 일어 났다. 그리고
수많은 작은 천체가 지금도 태양계를
떠돌아 다니고 있으며 지금도 여전히 우주
충돌은 가끔 일어난다.
목성과 혜성의 우주 충돌 (1)
3목성의 인력이 SL9 혜성의 핵을 작은핵의 사슬로찢어놓았다
• 1994년에 일어난 극적인 충돌은 혜성과 목성의 충돌이었다
• 슈마커 레비 9 혜성은 목성 주위를 지나칠 때 목성의 인력으로 이미 여러 조각으로 부서진 상태였다.
• 이 혜성은 하나의 핵 대신에 작은 핵들이 띠 형태로 구성되어 있다
목성의 위성 이오에서 본 SL9 충돌 장면의 상상도.
• 충돌은 목성의 밤시간대에일어났다
• 혜성 SL9은 목성과 충돌하기 1년 이전에 발견되었다.
• 공전궤도에 대한 계산 결과 천문학자들은 정확히 언제 충돌이 일어날지 알 수 있게 되었다.
• 충돌이 일어났을 때 시야가 확보된 위성뿐만 아니라, 지구상에 있는 거의 모든 망원경으로 이를 관측할 수 있었다.
• 각각의 핵들은 100만 개의 수소폭탄에 해당하는 위력으로 목성과 충돌하였다
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목성과 혜성 충돌의 적외선 사진
• 1994년도에 있었던 SL9의 충돌 후 떠오르는 불덩어리의 눈부신 섬광을 보여주고 있다
• 목성은 둥근 모양의 접시 형태로 충돌은 왼쪽 아래에서 일어났다.
허블우주망원경이 찍은 검은 반점
• 2009년 7월에 있었던 미지의 충돌로 인한 흉터
• 1km 남짓한 혜성의 핵은 어떤 것들은 지구보다 큰 크기의 자국을 남겼고 이들은 목성의 강력한 폭풍 속으로 사라지기 전까지 수개월 동안 유지
• 그 여파로 목성에 두어 번의 충돌이 더 일어나는 것이 목격됨
목성과 혜성의 우주 충돌 (2)
4.1 우주충돌이 공룡을 멸망시켰을까?
51978년 이탈리아에서 수집된 지질학적 표본 분석
• 6,500만 년 전 공룡이 멸종했던 시기에 적층된 검은
퇴적물의 얇은 층에서 비정상적으로 이리듐 원소가 많다는 것을 발견
• 이리듐은 분화 과정 중 다른 금속과 함께 지구의 핵 속으로 가라앉아 지구 표면에서는 희귀하지만 운석에는 많이 포함된 금속
• 전 세계적으로도 6,500만 년 전의 퇴적층에는 이리듐이 풍부하다는 것을 후속연구에서 재차 확인
• 공룡의 멸망은 소행성이나 혜성의 충돌로 일어났다는 충격적인 가설을 제시됨
• 지질학자들은 지구에서 150개 이상의 충돌 크레이터들을 발견
• 그런 충돌이 일어난다면, 잠재적인 위험성은 어떨 것인지 생각해볼 가치가 있다.
• 광범위한 물리적 손상을 일으킬 수 있다.
• 지난 30년간 수집된 증거들은 그 영향이 훨씬 더 심각할 수 있음을 나타내주고 있다
• 거대 충돌은 진화 과정을 통째로 변경시킬 수도 있다는 것을 말해준다.
대 충 돌 에 의 한 공 룡 멸 종 ( 1 )
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• 공룡의 멸망은 6,500만 년 전에 일어난 것으로 보이는 생물학적 대멸종의 일부분일 뿐이다.
• 화석 기록에 따르면 모든 살아 있는 유기체의 99%가 사라졌고 75%의 종이 멸종했다.
• 이는 모든 살아 있는 종의 급속한 멸종을 뜻하는 대규모 멸종의 분명한 예
• 이 대멸종이 과연 거대충돌에 의해 일어난 것일까?
• 이 충돌이 대규모 멸종의 직접적인 원인인지 아니면 많은 원인 중의 하나인지에 대해서는 논쟁의 여지
• 공룡의 멸종과 이 거대한 충돌의 시기가 일치
• 퇴적층 내의 광범위한 증거들뿐만 아니라 분명 10km 직경의 소행성이나 혹은 혜성의 충돌로 생긴 것으로
보이는 6,500만 년 된 크레이터를 발견했다
중력 크기의 국부적 변화 측정에 기반한 위의 컴퓨터 계산결과:
멕시코 유카탄 반도 북서부 코너에서의 충돌크레이터(점선영역)를 보여준다. 삽입된그림은 지도상의 위치이다
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이 충돌이 대규모 멸종의 직접적인 원인이라면, 그런 일이 어떻게 일어났을까?
• 6,500만 년 전 운명의 날에 한 소행성이나 혹은 혜성이 수소폭탄 1억 개의 위력으로 멕시코에 충돌
• 북아메리카는 즉시 파괴되었을 것
• 얼마 지나지 않아 고온의 폭발잔재들이 전 세계에 비처럼 내려 화재를 일으키고 많은 생명체들을 죽음에 이르게
하였다.
대 충 돌 에 의 한 공 룡 멸 종 ( 2 )
약 6,500만 년 전 소행성 혹은 혜성이 지구와 충돌하기 직전의 모습
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대 충 돌 에 의 한 공 룡 멸 종 ( 3 )
• 장기적인 피해는 훨씬 더 심각했다
• 먼지와 연기는 대기 중에 수 주 혹은 수개월 동안 잔류하여 햇볕을 가리고 마치 지구가 전 세계적으로 혹독한 겨울을 겪고 있는 것처럼 온도를 급강하시켰다.
• 줄어든 햇볕으로 거의 1년 동안 광합성이 이루어질 수 없었고 먹이 사슬에서 많은 종들이 사라졌다
• 산성비는 식물을 고사시켰고, 전 세계의 호수들을 산성화시켰다.
• 대기 중의 화학작용으로 질소산화물과 다른 화합물이 생성되었고 이는 바닷물에 용해되어 바다 생명체들을 몰살시켰을 것이다.
• 가장 놀랄 만한 일:
• 75%의 종이 멸종되었다는 것이 아니고, 25%의 종이 살아남았다는 사실
• 살아남은 종 중에는 몇몇의 작은 포유류가 있었다.
• 이 포유류는 아마도 지하 땅굴에서 살았고 충돌 후에 전 세계적으로 찾아온 혹독한 겨울을 견딜 수 있는 충분한 먹이를 저장하고 있었을 것이다.
• 멸종이 불러일으킨 진화상의 충격은 훨씬 더 심각했다
• 1억 8,000만 년 동안 공룡은 다양한 종들로 분화했지만, 공룡과 거의 동시에 출현한 대부분의 포유류들은 일반적으로 작은 설치류의 형태로 남아 있었다.
• 공룡이 사라지자 포유류가 지구의 새 주인이 되었고 다음 6,500만 년 동안 작은 포유류들은 궁극적으로 우리를 포함한 훨씬 더 큰 포유류의 집합체로 급속히 진화했다
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4.2 우주충돌의 위험도는얼마나 클까?
• 공룡의 멸종은 과거 지구에서 일어난 원인을 알 수 없는 대멸종 중의 하나에 불과하다.
• 나머지 일부 멸종 사건들도 과거 우주 충돌들과 시기가 일치하는 것으로 보인다.
• 작은 우주 충돌은 우리 인류를 멸종시키지는 않겠지만 만약 대도시 중심이나 근교에서 그런 충돌이 일어난다면 인명피해와 손해를 초래할 것이다.
• 이런 우주 충돌의 위험성은 대중매체에서 가끔 언급이 되고 있기는 하지만 얼마나 심각하게 이를 받아들여야 할까?
• 천문학자들은 지구의 공전궤도 근처를 통과하는 궤도를 가진 수천 개의 소행성들을 발견
• 잠재적으로 지구와의 충돌 위협을 안고 있다.
• 그러한 궤도를 가진 대규모 소행성들은 대부분 확인되었지만, 소규모의 많은 소행성은 탐지하기가 매우 어려워 아직 발견하지못하고 있다.
• 혜성도 이와 유사한 미확인 충돌 위험성을 내포하고 있다.
• 충돌 가능성이 있는 혜성의 수는 훨씬 적지만 외행성계로부터 혜성이 가파른 궤도로 하락하여 마침내 충돌경로로 들어서기 전에는 이를 인지하기가 쉽지 않다.
• 대비 기간이 겨우 몇 달이나 몇 년밖에 없을 수도 있는 것이다.
소행성 2012DA14의 근접 통과
10• 스페인의 천문학자가 2012DA14라는 이름의 40m길이의 소행성을 발견
• 후속 관측 결과 이 소행성은 관측 이래 가장 가까운 경로인 지구 상공 28,000km 아래로, 즉 통신위성의 궤도 안으로까지 들어와 지구를 통과할 것으로 예측
• 실제 지구와 충돌할 위험은 없었으나 2012DA14는 역사상 가장 대규모의 미확인 충돌 사건으로 기록되었던, 1908년 지구 대기권 내로 돌진하여 시베리아 퉁구스카 상공의 폭발사건을 일으켰던 소행성과 거의 같은 크기
• 퉁구스카 폭발은 지구 상공에서 폭발이 일어나 크레이터가 생기지는 않았으나 숲을 완전히 초토화시켰고 사람들은 수백 킬로미터 밖에서도 이를 감지했다
• 2013년 2월 15일, 러시아 첼랴빈스크 에 근접통과
• 작은 소행성이 시속 60,000km 이상의 속도로 그들 머리 위의 상공으로 진입하면서 만들어낸 섬광관측
• 2012DA14의 절반 크기인 10,000 톤 질량의 소행성으로 대기권과의 마찰에 의해 핵폭탄 500킬로톤의 위력으로
폭발할 때까지 거대한 유성처럼 지구 상공을 가로질러 돌진
• 1,000명 이상의사람들이 부상을 입었고, 대부분 충격파에 의해 생긴 유리조각에 의해 상처를 입었다.
• 소행성의 궤도가 지표면에 더 수직이었고 더 낮은
고도상에서 폭발이 일어났다면 그 피해는 훨씬 더 컸을 것이다.
우 주 충 돌 의 위 험
11• 앞으로도 이런 충돌들이 일어날 것이다
• 과거의 충돌에서 나온 지질학적 자료에 근거하여 지구가 다양한 크기의 천체와 충돌할 평균 빈도그래프
• 좋은소식:
• 소행성이나 혜성 같은 대형 천체가 지구에 충돌하는 빈도가 작은 천체들과의 충돌 빈도보다 낮다.
• 나쁜 소식
• 작은 우주 충돌들이 앞으로 더 빈번하게 일어날 것
• 직경 몇 미터 크기의 천체는 아마도 매주 지구 대기권으로 진입하고 있을 것
• 2013년 첼랴빈스크 상공에서 폭발했던 소행성과 같은 크기의 천체는 평균 1세기에 한 번꼴로 지구를 강타할 것이다.
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12목성형행성은 우주충돌률과 지구생명체에 어떤 영향을 미칠까?
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요 약
참 고 문 헌
•
우주의 본질 8장4 . 1 우 주 충 돌 이 공 룡 을 멸 망 시 켰 을 까 ? 4 . 2 우주충돌의 위험도는얼마나 클까?
