사하라에서 발견된 화성 운석, 최소 41억 년 전에 형성됐다

사막 탐사자들이 사하라에서 주워 올린 장밋빛 돌은, 행성이 아직 젊고 물이 암석 사이를 흐르며 작용하던 40억 년 전보다 더 이른 시기에 형성된 화성의 한 조각으로 밝혀졌다. Teghaza 001이라는 이름의 이 운석은 고대 화성 지각이 온전한 하나의 덩어리로 남은 표본이며, 그 화학적 조성은 과학자들이 지금까지 연구한 어떤 화성 암석과도 일치하지 않는다.

이는 사실상 현장 답사에 가까운 발견이다. 모든 화성 탐사차는 소수의 착륙 지점만 조사했고, 지구에서 발견된 화성 운석 대부분은 젊은 화산암에서 왔다. 반면 Teghaza 001은 행성에서 가장 오래된 지형이자 수많은 충돌구가 남아 있는 남부 고지대에서 유래한 것으로 보인다. 이곳에는 지금까지 어떤 착륙선도 닿지 못했다.

연구의 제2저자이자 NASA 제트추진연구소(JPL)에서 박사후연구원으로 이 작업을 수행했고 현재 NASA 에임스 연구센터의 과학자인 리 세이퍼(Lee Saper)는 “이것은 우리가 이전에는 표본을 얻지 못했던 화성의 한 지역에서 나온, 사실상 최초의 화성 지각 조각”이라고 말했다. JPL 소속 주저자 양 리우(Yang Liu)는 논문 심사자 중 한 명이 이 암석을 “화성을 위한 로제타석”이라고 불렀다고 전했다.

JPL, Caltech, UCLA, 뉴멕시코대학교, 메인대학교 소속 연구진이 Science에 발표한 이번 연구는 Teghaza 001을 지각 깊은 곳의 마그마에서 결정화한 반려섬록암질 심성암, 즉 천천히 식은 화성암으로 설명한다. 광물 조합과 조직, 화학적 특성 모두가 현재 알려진 약 435개의 화성 운석과 이 표본을 구분 짓는다.

지르콘 미세 입자가 화성 암석의 연대를 측정한 방식

처음에 이 암석은 특별해 보이지 않았다. 뉴멕시코대학교의 운석연구소 연구진은 서로 다른 행성 천체에서 온 물질을 구별하는 화학적 지문인 산소 동위원소를 통해 이 표본이 화성에서 왔음을 확인했다. 겉보기에는 가장 흔한 화성 운석 분류인 셰르고타이트처럼 보였다. 이 연구소의 소장 칼 에이지(Carl Agee)는 산소 수치가 블랙 뷰티라는 별명으로 유명한 화성 운석 NWA 7034의 수치와 닮았고, 일부 구역에는 산화망간이 풍부하다는 점을 알아챘다.

리우는 처음에는 이 표본을 넘길 뻔했다. 그러나 자세히 살펴보던 그는 특이한 조직과 함께 연구의 방향을 바꾼 무언가를 발견했다. 바로 결정화할 때 우라늄과 납을 가둬 두는 단단한 광물인 지르콘이었다. 우라늄은 알려진 속도로 납으로 붕괴하기 때문에 지르콘은 자연 시계 역할을 한다. 연구팀의 지르콘 측정 결과는 약 41억1000만 년 전이었으며, 불확실성은 약 1300만 년에 불과했다.

두 번째 독립적인 시계는 Caltech에서 나왔다. 프랑수아 티소(François Tissot)의 연구실은 메인대학교의 알리시아 크루스우리베(Alicia Cruz-Uribe)와 함께 사람 머리카락 너비의 약 6분의 1에 불과한 레이저 빔으로 장석 알갱이에 미세한 구멍을 뚫고, 질량분석기 내부에서 루비듐과 스트론튬을 직접 측정했다. 레이저 한 지점을 분석하는 데는 1분도 걸리지 않았고, 손톱보다 작은 파편을 사용했기 때문에 희귀한 암석의 나머지 부분은 향후 연구를 위해 보존될 수 있었다. 이 방법은 약 42억4000만 년이라는 결과를 냈고, 오차 범위는 약 2억 년으로 더 넓었지만 지르콘 결과와 겹쳤다.

크루스우리베는 첫 결과가 돌아왔을 때를 떠올리며 “우리는 실제로 위아래로 뛰었고, 연구실에서 제대로 된 댄스파티를 벌였다”고 말했다.

이에 근접하는 화성 암석은 단 두 개뿐

대부분의 화성 운석은 지질학적으로 젊으며, 통상 수억 년 전의 것이다. 이는 이들이 이미 차갑고 건조해진 화성을 보여준다는 뜻이다. 40억 년보다 오래된 운석은 다른 두 개뿐이다. 1980년대 남극에서 발견된 ALH84001은 연대가 거의 비슷하지만 사실상 한 가지 광물로만 이루어져 있어 밝혀낼 수 있는 정보에 한계가 있다. 블랙 뷰티에는 비슷한 연대의 파편들이 들어 있지만, 이는 10억 년이 넘는 기간 열과 충돌로 재가공된 부서진 조각들이 모여 형성된 각력암 속에 뒤섞여 있다.

에이지는 뉴멕시코대학교 성명에서 “Teghaza 001은 오염되지 않은 단일 암석 유형이고, 41억 년 또는 그보다 더 오래됐다. 그래서 매우 큰 놀라움이었다”고 말했다.

규모를 가늠해 보면, 화성 자체의 나이는 약 45억 년이므로 이 암석은 화성의 첫 수억 년 시기로 거슬러 올라간다. 리우는 이 돌이 지구에서 발견된 가장 오래된 온전한 암석보다도 오래됐다고 지적한다. 지구에서는 판 구조 운동이 행성 초기 지각의 거의 전부를 묻고 재순환시켰다. 화성은 오래전에 그런 지질학적 격변을 잃었고, 바로 그 때문에 이 표본 같은 조각들에 초기 역사가 남아 있다.

연구팀은 이 암석이 어디에서 왔는지 찾기 위해 그 광물학과 화학 조성을 NASA의 화성 정찰 궤도선(MRO) 궤도 자료와 비교했다. 그 결과 일치하는 신호를 보이는 13개 지점을 찾아냈으며, 대부분은 고대 남부 고지대에 있었다.

물, 그리고 이미 새어나가기 시작한 대기

이 암석은 물과 접촉한 기록도 간직하고 있다. 일부 광물은 변질됐으며, 산소 동위원소는 충돌로 행성 밖으로 튕겨 나가기 전에 중산소가 풍부한 유체와 반응했음을 보여준다. 세이퍼와 리우, 동료들이 Science Advances에 발표한 동반 논문은 이 운석의 인산염 광물에서 물과 수소 동위원소를 측정했다. 중수소인 무거운 수소는 행성이 가벼운 수소를 우주로 잃을 때 축적된다. 연구팀은 당시 화성의 물 저장고가 이미 지구 해수보다 최소 약 두 배 높은 중수소 대 수소 비율을 지니고 있었다는 사실을 발견했다.

쉽게 말해, 화성은 40억 년 전보다 더 이른 시기에 이미 대기와 물을 우주로 잃기 시작하고 있었다. 세이퍼는 “이 암석은 물과 암석의 상호작용, 그리고 물을 잃어가던 화성 대기의 흔적일 수도 있는 것을 기록하고 있다”고 말했다.

이 암석은 더 근본적인 질문에도 도움을 준다. 그 화학 조성은 일반적인 셰르고타이트를 공급한 근원과 다른 맨틀 기원을 가리키며, 이는 화성 내부가 운석 표본군이 시사했던 것보다 더 다양했음을 뜻한다.

이 암석이 아직 말해주지 못하는 것

Teghaza 001이 정확히 어디에서 왔는지는 아무도 모른다. 13개 후보 지점은 광물 신호가 일치하는 장소일 뿐, 분출 충돌구가 확인된 것은 아니며 운석에는 주소가 없다. 연구에 참여하지 않은 네바다대학교 라스베이거스캠퍼스의 행성과학자 안야 유드리(Anya Udry)는 “화성은 복잡한 행성이며 이 운석은 정말 흥미롭지만, 정확히 어디서 왔는지는 알 수 없다. 이것은 우리가 왜 표본을 가져와야 하는지를 보여주는 또 하나의 사례”라고 말했다.

연대는 최소치다. 우라늄-납, 납-납, 루비듐-스트론튬 시계는 서로 일치하지만, 연구팀은 약 41억 년 전의 가열 사건으로 이들 시계가 모두 재설정됐을 가능성이 있다고 말한다. 그렇다면 이 암석은 원래 그보다도 더 일찍 결정화했을 것이다.

지구 역시 흔적을 남겼다. 이 운석은 누군가 발견하기 전까지 사하라에 놓여 있었고, NASA는 암석에 있는 미세 입자의 탄산염과 황산염, 점토 일부가 지구에서 형성됐다고 지적한다. 사막 풍화와 고대 화성의 변질 작용을 구분하는 일은 분석의 일부이며, 에이지가 발견한 망간이 풍부한 구역은 생명체의 증거가 아니라 과거 환경에 관한 단서다. 또한 이것은 단 하나의 암석이다. 단일 표본은 창을 열 수는 있지만 행성 전체를 지도화할 수는 없다.

Teghaza 001에 관한 일반적인 질문

Teghaza 001 운석의 나이는 얼마나 됐나?

내부의 지르콘 결정은 약 41억1000만 년의 연대를 제시하며, 별도의 루비듐-스트론튬 측정도 오차 범위 내에서 이에 부합한다. 이후의 가열 사건이 이 시계들을 재설정했을 가능성이 있으므로, 이 암석은 최소 41억 년 전에 형성됐으며 그보다 더 오래됐을 수도 있다.

과학자들은 운석이 화성에서 왔다는 것을 어떻게 아나?

과학자들은 행성 천체마다 차이를 보이는 산소 동위원소를 측정하고, 그 광물과 화학 조성을 화성 탐사 임무의 자료와 비교한다. 일부 화성 운석에 갇힌 기체는 NASA의 Viking 착륙선이 측정한 대기와도 일치한다.

Teghaza 001은 가장 오래된 화성 운석인가?

이는 ALH84001, 블랙 뷰티와 함께 40억 년보다 오래된 단 세 개의 화성 운석 중 하나다. ALH84001은 연대가 비슷하지만 거의 단일 광물로 이루어졌고, 블랙 뷰티는 파편들의 혼합물이다. 따라서 Teghaza 001은 지금까지 발견된 초기 지각 표본 가운데 가장 분명하게 보존된 온전한 표본이다.

Teghaza 001은 화성에 생명체가 있었다는 사실을 보여주나?

아니다. 이 운석은 고대 지각에서 물이 암석을 변질시켰고 화성이 이미 수소를 우주로 잃고 있었음을 보여준다. 이는 과학자들이 생명체 존재 가능성을 물을 때 연구하는 조건들이지만, 이 암석에는 생명체의 증거가 들어 있지 않다.

다음 단계

이 운석은 2022년에 발견됐으며 말리의 Teghaza 염원에서 이름을 따왔다. 가장 큰 조각인 442그램 표본은 베설의 메인 광물·보석 박물관이 소장하고 있으며, 이 박물관은 Caltech와 메인대학교에서 연구를 계속할 수 있도록 또 다른 파편을 대여했다. 연대 연구는 6월 Science Advances에 실린 물 연구에 이어 2026년 10월 29일 Science에 발표됐다. 리우는 자신의 연구팀이 “표면을 아주 조금 긁어본 데 불과하다”고 말했으며, 13개 후보 지점은 이 고대 지각의 나머지 부분이 아직 남아 있을 수 있는 장소를 미래의 궤도선과 착륙선에 제시하는 짧은 목록이 된다.

참고문헌: Liu et al., “A Martian meteorite that formed ≳4.1 billion years ago samples Mars’ early crust and mantle,” Science, 2026. DOI: 10.1126/science.adz5646

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