월진

1. 개요

월진은 달에서 발생하는 지진 현상을 의미하며, 1969년 아폴로 11호의 지진계 설치를 통해 처음 발견되었다. 아폴로 계획을 통해 1977년까지 총 8년 10개월 동안 12,558회의 월진이 기록되었으며, 이는 현재까지의 유일한 달 지진 관측 데이터이다. 월진은 흔들림 지속 시간이 길고, 지진파의 특징이 지구와 다르며, 주파수가 낮은 파가 강하게 나타나는 특징을 보인다. 나사는 월진을 심발 월진, 운석 충돌, 일출 월진, 천발 월진의 네 가지 종류로 분류하며, 천발 월진이 비교적 큰 규모로 관측된다. 아폴로 계획 당시 인공 월진 실험도 진행되었으며, 월진 연구는 달의 내부 구조를 파악하는 데 기여한다.

2. 역사

1969년 아폴로 11호가 달 표면에 지진계를 설치하면서 달에서도 지각 변동이 일어난다는 사실이 발견되었다. 이때의 지진계는 태양 전지를 동력으로 사용하고 보온 덮개 등이 없었기 때문에 한 달 정도 만에 운용이 종료되었다.

이후 아폴로 12호, 아폴로 14호, 아폴로 15호, 아폴로 16호가 달 표면에 지진계를 설치했다. 이 때는 보온 덮개가 부착되어 장기간 관측이 가능해졌다 (아폴로 17호도 지진계에 준하는 중력 측정 장치를 탑재했다).

이러한 지진계에 의한 관측은 1977년까지 진행되었으며, 총 8년 10개월 동안 12558회의 지진이 기록되었다. 이것이 현재까지 달 지진에 관한 관측 데이터의 전부이다.

3. 특징

제한된 관측 데이터로부터 밝혀진 월진의 특징은 다음과 같다.

월진은 흔들림이 최고점에 도달하기까지 시간이 길고, 때로는 수십 분이 걸리기도 한다. 흔들림이 멈추는 데에도 시간이 오래 걸려, 수 시간 동안 흔들림이 계속되기도 한다.

진동 파형을 보면, 천발 월진을 제외하면 실체파(P파, S파), 표면파(레일리파, 러브파)의 구별이 뚜렷하지 않다. 상하동·동서동·남북동과 같은 흔들림 방향별 진동 파형을 보아도, 세 가지 요소에서 진폭이 크게 다르며, 관련성도 희박하다. 이로부터 달의 지각은 지구처럼 명확한 지층으로 나뉘어 있지 않고 흩어져 있기 때문에, 지진파가 산란되어 버리는 것, 지진파의 감쇠가 지구에 비해 상당히 적은 것 등을 알 수 있다.

주파수가 1헤르츠 정도의 긴 주기의 파가 강하다.

또한, 최대 규모의 월진이라도 에너지는 지구의 최대 규모 지진의 100만 분의 1 이하이며, 규모 4 정도이다.

4. 분류

나사에 따르면 월진은 크게 네 가지로 분류된다.

* 심발 월진: 조석이 발생 원인으로 추정되며, 지표 아래 700km 지점에서 발생한다.
* 천발 월진: 지표 아래 50 - 220km 지점에서 발생한다.
* 운석 충돌로 인한 진동
* 일출 월진: 2주간 밤이었던 달 표면에 햇빛이 들어오면서 차가웠던 지각이 팽창하여 발생한다.

이 외에도 아폴로 계획 당시 인공적으로 월진을 일으키는 실험이 진행되었다. 기록된 월진 중 절반 이상인 7633회는 아직 분류되지 않았다.

4.1. 심발 월진

조석 발생지로 추정되는, 지표 아래 700 km 지점에서 발생하는 월진이다. 심발월진은 종종 군집이라고 부르는 고립된 깊은 특정 지역에서 집중적으로 발생하는 경향이 있다.

깊이 800-1100킬로미터 지점에서 발생한다고 추정되며 마그니튜드는 1-2 정도로 작다. 아폴로 계획에서 관측된 지진 중 3145회가 여기에 분류된다. 몇몇 정해진 진원에서 발생하며, 파형에 특징이 있어 그것에 따라 그룹으로 분류된다. 그룹은 Apollo의 머리글자를 따서 A1, A2, ...로 명명되었으며, 109개 그룹으로 분류되어 있다. 그중 가장 활발한 그룹은 A1이다. 진원은 대부분 달의 앞면(지구를 향한 쪽)에 있다. 발생 빈도와 규모의 변동이 달의 공전 주기와 천칭 주기에 따르는 것으로 보아 지구나 태양으로부터의 조석이 원인이라고 생각된다.

4.2. 천발 월진

나사에 따르면 네 가지 다른 종류의 월진 중 하나이다. 천발 월진은 지표 아래 50 - 220 km 지점에서 발생한다. 실체파 규모 기준 M_B5.5의 큰 규모로도 관측할 수 있으며, 1972년부터 1977년까지 총 28차례 관측되었다.

가장 규모가 큰 월진은 가장 규모가 큰 지진보다 그 규모가 작지만, 달에서는 진동을 감쇠시키는 요인이 거의 없기 때문에 한번 월진이 발생하면 최대 1시간동안 흔들림이 지속될 수 있다.

깊이 300킬로미터 지점에서 발생한다고 추정되는 월진으로 마그니튜드 3-4 정도로 크다. 아폴로 계획에서 관측된 지진 중에서는 28회로 매우 적다. 발생 수가 적어 불명확한 점이 많다. 처음에는 고주파 지진동(HFT: High-Frequency Telescismic)이라고 불렸다.

4.3. 운석 충돌

나사에 따르면 월진에는 네 가지 종류가 있다. 심발 월진은 지표 아래 700 km 지점에서 발생하며, 조석이 발생 원인으로 추정된다. 운석 충돌로 인한 진동도 월진의 한 종류이다. 일출 월진은 2주간 밤이었다가 햇빛이 들어오면서 차가웠던 달 지각이 팽창하여 발생한다. 천발 월진은 지표 아래 50 - 220 km 지점에서 발생한다.

이 중 앞의 세 가지는 규모가 매우 작지만, 천발월진의 경우에는 실체파 규모 기준 M_B5.5의 큰 규모로도 관측될 수 있다. 1972년부터 1977년까지 총 28차례 천발월진이 관측되었다. 심발월진은 종종 군집이라고 부르는 고립된 깊은 특정 지역에서 집중적으로 발생하는 경향이 있다.

가장 규모가 큰 월진은 가장 규모가 큰 지진보다 그 규모가 작지만, 달에서는 진동을 감쇠시키는 요인이 거의 없기 때문에 한번 월진이 발생하면 최대 1시간 동안 흔들림이 지속될 수 있다.

4.4. 열 월진

나사에 따르면 네 가지 다른 종류의 월진이 있다.

* 심발 월진 (지표 아래 700 km 지점에서 발생. 조석 발생지로 추정)
* 운석 충돌로 인한 진동
* 일출 월진 (달이 2주간 밤이었다가 일출이 되어 햇빛이 들어오면 차가웠던 달 지각이 팽창하여 발생)
* 천발 월진 (지표 아래 50 - 220 km 지점에서 발생)

위에서 언급한 월진 중 앞의 세 가지는 규모가 매우 작지만, 마지막 천발월진의 경우에는 실체파 규모 기준 M_B5.5의 큰 규모로도 관측할 수 있다. 1972년부터 1977년까지 총 28차례 천발월진을 관측하였다. 심발월진의 경우에는 종종 군집이라고 부르는 고립된 깊은 특정 지역에서 집중적으로 발생하는 경향이 있다.

가장 규모가 큰 월진은 가장 규모가 큰 지진보다 그 규모가 작지만, 달에서는 진동을 감쇠시키는 요인이 거의 없기 때문에 한번 월진이 발생하면 최대 1시간동안 흔들림이 지속될 수 있다.
지금까지 기록된 월진은 크게 5가지로 분류되지만, 기록된 월진 중 절반 이상인 7633회는 분류되지 않았다.

; 심발 월진
: 깊이 800-1100킬로미터 지점에서 발생한다고 추정되는 월진으로 마그니튜드 1-2 정도로 작다. 아폴로 계획에서 관측된 지진 중 3145회가 여기에 분류된다. 몇몇 정해진 진원에서 발생하며, 파형에 특징이 있어 그것에 따라 그룹으로 분류된다. 그룹은 Apollo의 머리글자를 따서 A1, A2, ...로 명명되었으며, 109개 그룹으로 분류되어 있다. 그중 가장 활발한 그룹은 A1이다. 진원은 대부분 달의 앞면(지구를 향한 쪽)에 있다. 발생 빈도와 규모의 변동이 달의 공전 주기와 천칭동 주기에 따르는 것으로 보아 지구나 태양으로부터의 조석이 원인이라고 생각된다.
; 천발 월진
: 깊이 300킬로미터 지점에서 발생한다고 추정되는 월진으로 마그니튜드 3-4 정도로 크다. 아폴로 계획에서 관측된 지진 중에서는 28회로 매우 적다. 발생 수가 적어 불명확한 점이 많다. 처음에는 고주파 지진동(HFT: High-Frequency Telescismic)이라고 불렸다.
; 운석 충돌
: 운석의 충돌에 따른 지면의 진동이 지진계에서 감지된 것이다. 아폴로 계획에서는 179회 관측되었다. 그 지진의 규모로 볼 때 달 표면에 충돌하는 운석의 질량은 500그램에서 50킬로그램 정도로 추정된다.
; 열 월진
: 달의 주야간 온도차가 커서 암석이 열팽창과 열수축을 반복하며 파괴될 때의 진동이 지진계에서 감지된 것이다. 위의 월진의 발생 수에는 포함되지 않지만, 실제로는 기록된 월진의 대부분을 차지한다. 지진계 근처의 암석을 원인으로 하는 국소적인 진동이므로, 하나의 지진계에만 기록되며 다른 월진과 구별할 수 있다. 발생 수의 변동이 달의 차고 기우는 주기에 동기화되어 있으며, 파형도 항상 유사하다.
; 인공 월진
: 아폴로 계획 당시 폭약이나 필요 없게 된 로켓의 부스터나 착륙선을 달 표면에 충돌시켜 인공적으로 월진을 일으키는 실험이 11회 진행되었다.

4.5. 인공 월진

아폴로 계획에서 폭약과 불필요하게 된 로켓의 부스터와 착륙선을 월면에 충돌시켜 인공적으로 월진을 일으키는 실험이 11회 실시되었다.

지구의 지진 해석을 통해 지구 내부 구조를 알 수 있듯이, 월진을 통해서도 달의 내부 구조를 알 수 있다. 그러나 아폴로 계획으로 얻어진 자료는 달의 전면 관측에 제한되어 있어서 충분하지 않았다. JAXA는 달의 뒷면에도 지진계를 탑재한 페네트레이터를 투하할 계획이었으나 중지되었고, 개발된 침투기는 다른 계획에 운용될 예정이다.

5. 연구의 한계와 미래

아폴로 임무에서 폭약과 불필요하게 된 로켓 부스터와 착륙선을 월면에 충돌시켜 인공적으로 월진을 일으키는 실험이 11회 행해졌다.

지구의 지진 해석으로 지구 내부 구조를 알 수 있듯이, 월진으로 달의 내부 구조를 파악할 수 있다. 그러나 아폴로 계획으로 얻어진 자료는 달 전면 관측에 제한되어 충분하지 않았다.

JAXA의 계획에 따르면 달 반대편에 지진계를 탑재한 침투기를 투하할 예정이었으나 중지되었고, 개발된 침투기는 다른 계획에 운용될 예정이다.

5.1. 한국의 달 탐사 계획과 월진 연구

아폴로 임무에서는 폭약과 불필요하게 된 로켓의 부스터와 착륙선을 월면에 충돌시켜 인공적으로 월진을 일으키는 실험이 11회 행해졌다.

지구의 지진 해석을 통해 지구 내부의 구조를 알 수 있듯이, 월진을 통해 달의 내부 구조를 파악할 수 있다. 그러나 아폴로 계획으로 얻어진 자료는 달의 전면 측 관측에 제한되어 있어 충분하지 않았다.

일본 우주항공연구개발기구(JAXA)에 따르면 달의 반대쪽에도 지진계를 탑재한 침투기를 투하하는 계획은 중지되었으며, 개발된 침투기는 다른 계획에 운용될 예정이다.