행성 충돌

천체에서의 충돌 사건

 

충격 사건이란 측정 가능한 효과를 가져오는 천체 간의 충돌입니다. 충돌 이벤트는 물리적인 결과를 초래하고 행성계에서 정기적으로 발생하는 것으로 확인되지만, 가장 빈번하게 발생하는 것은 소행성, 혜성 또는 운석입니다. 큰 물체가 지구와 같은 지상 행성에 충돌하면 중대한 물리적 및 생물권적 영향을 받을 수 있지만 대기는 대기 진입을 통해 많은 표면 충격을 완화합니다. 충격 크레이터와 구조물은 태양계 고체 물체의 많은 부분에서 지배적인 지형이며, 그 주파수와 규모에 대한 가장 강력한 실증적 증거를 제시합니다.

충돌 사건은 그 형성 이후 태양계 진화에 중요한 역할을 해 온 것 같습니다. 대규모 영향 사건은 지구 역사를 크게 형성하고 지구-달 시스템의 형성에 관여해 왔습니다. 영향 사건은 또한 생명 진화 역사에서 중요한 역할을 한 것으로 기록되어 있는데요, 영향은 생명의 구성 요소를 제공하는 데 도움이 되었을지도 모릅니다(판스페르미아 이론은 이 전제에 의존하고 있습니다). 영향은 지구상 물의 기원으로 시사되고 있습니다. 그것들은 또한 몇 가지 대량 멸종에도 관여하고 있습니다. 6600만 년 전 선사시대 칙슬브의 영향은 백악기-고생물학적 멸종사건의 원인뿐만 아니라 포유류의 진화가 가속화되면서 그 지배로 이어져 결국 인간이 대두하는 조건을 설정한 것으로 생각됩니다.

 

기록된 역사에서 수백 개의 지구에 미치는 영향(그리고 폭발적인 충돌)이 보고되었으며, 몇몇 사건은 사망, 부상, 재산 피해 또는 기타 중요한 국지적 결과를 일으킵니다. 근대의 가장 유명한 사건 중 하나는 1908년 러시아 시베리아에서 일어난 퉁구스카 사건입니다. 2013년 첼랴빈스크 운석 사건은 현대에 유일하게 알려진 사건이자 많은 부상자를 낸 사건입니다. 그 운석은 퉁구스카 사건 이후 지구와 조우한 가장 큰 기록물입니다. 슈메이커 혜성-레비 9의 충돌은 1994년 7월 혜성이 분해되어 목성과 충돌했을 때 태양계 밖 물체가 충돌한 최초의 직접적인 관측을 제공했습니다. 지난 2013년 NASA 스피처 우주망원경에 의해 성단 NGC 2547의 항성 ID8 주변에서 대규모 지구 행성 충돌이 검출됐고 지상 관측을 통해 확인됐을 때 태양계 밖 충격이 관측됐습니다. 임팩트 이벤트는 SF 영화의 배경적인 요소로 자주 쓰입니다.

2018년 4월 B612 Foundation은 다음과 같이 보고했습니다. 우리가 (파괴적인 소행성에) 습격당할 것은 100% 확실하지만 언제인가는 100% 확신할 수 없습니다. 또한 2018년 물리학자 스티븐 호킹은 최종 저서 '큰 의문에 대한 간단한 답'에서 소행성 충돌이 지구에 가장 큰 위협이라고 얘기한 바 있습니다. 2018년 6월, 미국 과학기술평의회는 소행성 충돌 사건에 대한 미국의 준비가 되어 있지 않다고 경고하고, 보다 잘 준비하기 위해 '국가 근지구 물체 준비 전략 행동 계획'을 개발·발표하였습니다. 2013년 미 의회에서의 전문가 증언에 따르면 NASA는 소행성 요격 미션을 개시하기까지 최소 5년간의 준비 기간을 필요로 합니다. 2022년 9월 26일, 이중 소행성 리다이렉션 테스트는 소행성의 편향을 실증했습니다. 이것은 인류에 의해 실시된 최초의 실험이며, 매우 성공적인 것으로 여겨졌습니다. 대상 물체의 궤도 주기가 32분 변경되었습니다. 성공의 기준은 73초 이상의 변화였습니다.

 

영향과 지구입니다.

지구의 역사는 큰 영향을 받아 지구-달 시스템의 형성, 생명의 진화사, 지구상의 물의 기원, 그리고 몇 가지 대량 멸종에 관여해 왔습니다. 충격 구조는 고체 물체에 대한 충격 이벤트의 결과이며 시스템의 고체 물체 대부분에 지배적인 땅이 형성되기 때문에 선사 시대 사건의 가장 확실한 증거를 제시합니다. 주목할 만한 영향 사상으로는 지구-달계 역사 초기에 발생한 것으로 추정되는 후기 중폭격과 6600만년 전에 확인된 칙슬브 충격이 있습니다. 이는 백악기-고생대 멸종사건의 원인으로 생각됩니다.

 

빈도수와 위험

 

작은 물체는 종종 지구와 충돌합니다. 객체의 크기와 그러한 이벤트의 빈도에는 반대의 관계가 있습니다. 달 표면 크레이터 기록에 따르면 충돌 빈도는 결과적으로 발생한 크레이터 직경의 약 입방체로서 감소하는데, 이는 평균적으로 임팩터 직경에 비례합니다. 지름 1km(0.62마일)의 소행성은 평균 50만 년마다 지구에 충돌하는ㄴ데 5km(3mi)의 물체를 가진 대규모 충돌은 약 2천만 년에 한 번 발생합니다. 지름 10km(6mi) 이상 물체의 마지막에 알려진 충격은 6600만년 전 백악기-고생물 멸종사건입니다.

임팩터에 의해 방출되는 에너지는 직경, 밀도, 속도 및 각도에 의존합니다. 레이더나 적외선에 의해 연구되지 않은 지구 근방 소행성의 대부분의 직경은 일반적으로 소행성의 밝기를 기준으로 약 2배 이내에서만 추정할 수 있고 밀도는 일반적으로 가정됩니다. 왜냐하면 밀도를 계산할 수 있는 직경과 질량도 일반적으로 추정되기 때문입니다. 지구 탈출 속도에 따라 최소 충돌 속도는 11km/s이며 소행성 충돌은 평균 약 17km/s이고 가장 가능성이 높은 충격각은 45도 입니다.

소행성의 크기와 속도 등 충격 조건뿐만 아니라 밀도와 충격각에 따라 충격 이벤트에서 방출되는 운동 에너지가 결정됩니다. 에너지 방출량이 많을수록 충격에 의해 유발되는 환경적 영향으로 지상에서 더 많은 피해가 발생할 가능성이 높습니다. 그러한 영향은 충격파, 열방사, 그에 따른 지진에 의한 크레이터 형성, 수체가 충돌한 경우의 쓰나미 등입니다. 인간 집단은 영향을 받는 영역 내에 살고 있는 경우 이러한 영향에 취약합니다. 지진에 의해 발생하는 큰 지진파나 파편의 대규모 퇴적물도 충격에서 수천 킬로미터 떨어진 몇 분 이내에 발생할 수 있습니다.

 

에어버스트

지름 4m(13피트)의 소행성은 1년에 한 번 정도 지구 대기권에 들어갑니다. 직경 7m의 소행성은 히로시마에 투하된 원자폭탄(TNT 약 16kt)만큼의 운동에너지로 약 5년마다 대기권에 진입하지만 대기 파열은 불과 5kt으로 줄어듭니다. 이것들은 보통 상층 대기 중에서 폭발하며 고체의 대부분 또는 전부가 증발합니다.그러나 직경 20미터(66피트)의 소행성은 지구에 약 2번 충돌하여 더 강력한 폭발을 일으킵니다. 2013년 첼랴빈스크 유성은 지름 약 20m로 추정되며, 약 500kt의 폭발로 히로시마 원폭의 30배의 폭발이 있었습니다. 훨씬 큰 물체가 고체인 지구에 충돌하여 크레이터를 만들 가능성이 있습니다.

 

직경 1m(3.3피트) 미만의 물체는 운석이라고 불리며 지상에 운석이 되는 경우는 거의 없습니다. 매년 추정 500개의 운석이 지표에 도달하는데, 보통 그 중 5~6개만이 과학자들에게 알려져 있을 정도로 큰 산란 필드를 가진 기상 레이더 서명을 작성합니다.

미국 지질조사소의 고 유진 슈메이커 씨는 히로시마를 파괴한 핵무기 크기의 사건이 1년에 한 번 정도 발생한다고 결론짓고 지구 영향률을 추정했습니다. 이러한 사건은 매우 명백해 보이겠지만, 일반적으로는 몇 가지 이유로 눈치채지 못합니다. 지구 표면의 대부분은 물로 덮여 있고 지표면의 상당 부분은 사람이 살지 않습니다. 그리고 폭발은 일반적으로 비교적 높은 고도에서 발생합니다. 큰 섬광과 천둥소리가 발생하지만 실제 피해는 없습니다.

충돌로 직접 살해된 사람은 없는 것으로 알려져 있지만 2013년 러시아 상공에서의 첼랴빈스크 유성 폭발 사건으로 1000명 이상이 부상했습니다. 2005년에는 오늘날 태어난 한 인간이 충격에 의해 사망할 가능성은 20만 명 중 1명 정도로 추정되고 있습니다. 2~4미터 크기의 소행성 2008 TC3, 2014 AA, 2018 LA, 2019 MO, 2022 EB5로 의심되는 인공위성 WT1190F가 지구에 충돌하기 전 발견되는 유일한 물체입니다.

 

지질학적 의의

 

지구 역사에서 영향은 지질학적 및 기후적으로 큰 영향을 미쳐 왔습니다. 달의 존재는 지구 역사 초기에 큰 영향을 미쳤다고 널리 생각됩니다. 지구 역사 초기에 일어난 충돌 사건은 창조적이고 파괴적인 사건으로 알려져 있는데, 혜성에 충돌함으로써 지구의 물이 들어왔다고 제안되었으며, 몇몇 사람들은 생명의 기원이 유기화학물질이나 생명체를 지표로 운반함으로써 물체에 충돌한 영향을 받았을 가능성이 있다고 시사하고 있습니다. 외인설로 알려져 있습니다.


유진 메를 슈메이커는 운석 충돌이 지구에 영향을 미쳤다는 것을 처음으로 증명 한 적도 있습니다. 지구 역사에 대한 이러한 수정된 견해는 비교적 최근에야 밝혀졌습니다. 주로 직접적인 관측이 부족한 점과 침식이나 풍화가 지구에 미치는 영향의 징후를 인식하기 어려웠기 때문입니다. 애리조나주 플래그스태프 북동쪽에 있는 운석 크레이터로 현지에서 알려진 바리거 크레이터를 만들어낸 것과 같은 대규모 지상에서의 영향은 드물습니다. 대신 분화는 화산 활동의 결과라고 널리 여겨졌습니다. 예를 들어 바리거 크레이터는 선사시대 화산폭발(서쪽에 48km 또는 30m밖에 없다는 점을 감안하면 불합리한 가설이 아닙니다)에 의한 것입니다. 마찬가지로 달 표면의 분화구도 화산 활동 때문이라고 생각되었습니다.

 

1903년부터 1905년까지 벌링거 크레이터가 충격 크레이터로 정확히 특정되었고 1963년에야 유진 메를 슈메이커의 연구가 이 가설을 확증했습니다. 20세기 후반 우주 탐사의 발견과 슈메이커 등 과학자들의 연구는 충돌 분화구가 태양계 고체체에 작용하는 가장 광범위한 지질학적 과정임을 증명했습니다. 조사된 태양계 고체는 모두 크레이터가 된 것으로 판명되어 지구가 어떤 형태로든 우주로부터의 폭격을 면했다고 믿을 이유는 없었습니다. 20세기 마지막 수십 년 동안 많은 고도로 변경된 임팩트 크레이터가 확인되기 시작했습니다. 대규모 충돌의 첫 번째 직접 관측은 1994년에 이루어졌습니다

지구와 가장 가까운 천체인 달에서 결정된 크레이터 형성 속도를 바탕으로 우주 지질학자들은 지난 6억 년 동안 지구가 지름 5km(3mi) 이상의 60개 물체에 충돌했다고 판단했습니다. 이 충돌체들 중 가장 작은 것은 직경 약 100km(60mi)의 크레이터를 남깁니다. 이 크기 이상의 크레이터는 당시부터 3개밖에 발견되지 않았습니다. 직설부, 뽀삐가이, 마니쿠간의 3종은 멸종사건과 관련이 있다는 의심을 받고 있습니다. 다만 3종 중 가장 큰 직설부만이 일관되게 검토되고 있습니다. 미스터 스틴 크레이터의 원인이 된 충돌로 2370℃가 넘는 온도가 발생했는데, 이는 지구 표면에서 발생한 것으로 알려진 가장 높은 온도입니다.

 

 

행성의 표면 지형, 지구의 기후와 생명체에 대한 소행성의 영향의 직접적인 영향 외에도 최근 연구는 몇 가지 연속적인 영향이 행성의 자기장을 유지하는 것을 담당하는 행성 코어에서 다이나모 메커니즘에 영향을 줄 수 있음을 보여줍니다. 이것은 화성의 현재 자기장 부족에 기여했을 가능성이 있습니다. 충격 이벤트는 충격의 반모달 포인트에 맨틀 플룸(화산활동)을 일으킬 수 있습니다. 칙슬브의 영향은 중해령에서의 화산 활동을 증가시켰을 가능성이 있으며, 데칸 트랩으로 홍수 현무암 화산 활동을 일으켰다고 제안되었습니다.

육지나 대륙붕 위 얕은 바다에서 다수의 충돌 크레이터가 확인되고 있지만 심해에 있는 충돌 크레이터는 과학계에 널리 받아들여지지 않습니다. 직경 1km 발사체의 충격은 해저에 도달하기 전에 폭발하는 것으로 생각되지만, 훨씬 큰 충격이나 심해 충돌이 발생했을 경우에는 어떻게 될지는 불분명합니다. 그러나 크레이터가 없다고 해서 해양의 영향이 인류에게 위험한 영향을 주지 않는다는 것은 아닙니다. 일부 학자들은 바다나 바다에서 충돌이 일어나면 거대한 쓰나미가 발생할 수 있다고 주장하고 있습니다. 태평양으로의 엘타닌 충돌은 직경 약 1~4킬로미터(0.62~2.49마일)의 물체를 포함하는 것으로 여겨지지만 크레이터는 없습니다.

 

생물권 효과
생물권에 미치는 영향은 과학적인 논의의 대상이 되어 왔습니다. 충격과 관련된 대량 멸종 이론이 몇 가지 개발되었습니다. 지난 5억 년 동안 일반적으로 받아들여지고 있는 5개의 주요 대량 멸종이 있었는데, 이는 평균적으로 전체 종의 절반을 멸종시켰습니다. 지구상의 생명에 영향을 준 가장 큰 대량 멸종 중 하나는 페르미안 트라이아스기로, 2억 5000만 년 전 페르미안 시대가 끝나고 전 종의 90%가 멸종했습니다. Permian-Triasic 멸종의 원인은 여전히 논란의 대상이며, 제안된 임팩트 크레이터, 즉 그와 관련된 것으로 가정된 베도트하이 구조의 나이와 기원은 아직 논란의 여지가 있습니다. 마지막 이러한 대량 멸종은 비조류 공룡의 죽음으로 이어져 큰 운석 충돌과 일치했습니다. 이는 6600만 년 전 일어난 백악기-고생물 멸종사건(K-T 또는 K-Pg 멸종사건이라고도 함)입니다. 다른 세 가지 주요 대량 멸종으로 이어지는 영향에 대한 명확한 증거는 없습니다.

1980년 물리학자 루이스 알바레스와 그의 아들 월터 알바레스, 핵화학자 프랭크 아사로와 헬렌 5세입니다. 버클리 캘리포니아 대학의 마이클 씨는 지각의 특정 암석층에서 비정상적으로 높은 이리듐 농도를 발견했습니다. 이리듐은 지구상에서는 드문 원소이지만 많은 운석에 비교적 풍부합니다. 6500만 년 전 이리듐층에 존재하는 이리듐의 양과 분포로 미루어 알바레스 연구팀은 나중에 1014km(69마일)의 소행성이 지구에 충돌했을 것으로 추정했습니다. 백악기-고생대 경계에 있는 이리듐층은 전 세계에서 100개의 다른 장소에서 발견되고 있습니다. 일반적으로 큰 충돌 사건 또는 원자폭탄 폭발과 관련된 다방향 충격 석영(코사이트)도 같은 층에서 30개 이상의 장소에서 발견됩니다. 평소의 수만 배 수준의 그을음과 재가 위에서 발견되었습니다.

 

K-T 경계층 내에서 발견된 크롬 동위원소 비율의 이상은 충격 이론을 강하게 지지합니다. 크롬 동위원소비는 지구 내에서 균일하기 때문에 이러한 동위원소 이상은 화산 기원을 제외하고 이리듐 농축의 원인으로도 제안되고 있습니다. 또한 K-T 경계에서 측정된 크롬 동위원소비는 탄소질 콘드라이트에서 볼 수 있는 크롬 동위원소비와 유사합니다. 따라서 충돌체의 유력한 후보는 탄소질 소행성이지만 혜성은 탄소질 콘돌리트와 유사한 물질로 구성되어 있다고 가정되기 때문에 혜성도 가능합니다.

아마도 세계적인 대참사의 가장 설득력 있는 증거는 그 후 Chicxulub Crater라고 명명된 크레이터의 발견이었을 것입니다. 이 크레이터는 멕시코 유카탄 반도를 중심으로 하며 멕시코 석유회사 PEMEX에서 지구물리학자로 일하던 중 토니 카마르고와 글렌 펜필드에 의해 발견되었습니다. 이들이 원형 특징으로 보고한 것은 나중에 지름 180km(110mi)로 추정되는 크레이터로 밝혀졌습니다. 이에 따라 대다수의 과학자들은 이 멸종이 아마도 지구 밖에 미치는 영향이지 화산 활동이나 기후 변화의 증가(장기에 걸쳐 그 주요 영향을 확대할 것이다) 때문이 아니라고 확신했습니다.

백악기 말기에 K-T 경계선의 이리듐 농축으로 이어진 큰 영향이 있었다는 일반적인 합의는 이제 이루어지고 있지만, 칙슬브 분화구의 절반 가까이 크기로 남아 있는 것도 발견되어 대량 멸종에는 이르지 못했습니다. 그리고 영향과 다른 대량 멸종 사건 사이에는 명확한 관련성이 없습니다.

고생물학자 David M. Raup과 Jack Sepkoski는 약 2600만 년마다 과도한 멸종 현상이 발생할 것을 제안합니다(대부분 비교적 경미하지만). 이것이 물리학자 리처드 A를 이끌었습니다. 뮬러는 이러한 멸종은 네메시스라고 불리는 태양의 가상적인 동반성이 주기적으로 오르트 구름 혜성의 궤도를 파괴하고 지구에 충돌할 가능성이 있는 내부 태양계에 도달하는 혜성의 수가 크게 증가했기 때문이라고 시사합니다. 물리학자 아드리안 멜롯과 고생물학자 리처드 반바흐는 최근 라웁과 셉코스키의 발견을 검증했지만 네메시스 양식의 주기성에 기대되는 특성과는 일치하지 않는다고 주장합니다.

 

사회학적, 문화적 영향

임팩트 있는 사건은 일반적으로 문명의 종말을 가져오는 시나리오로 간주됩니다. 2000년 Discover지는 20개의 돌발적인 종말 시나리오 목록을 발표했고, 가장 일어나기 쉬운 영향 이벤트가 나열되어 있습니다.

2010년 4월 21일부터 26일까지 퓨 연구소와 스미스소니언의 공동 조사에 따르면 미국인의 31%가 2050년까지 소행성이 지구에 충돌할 것이라고 믿었고 과반수(61%)는 믿지 않았습니다.

지구에 미치는 영향

두 행성체의 충돌에 대한 예술가의 묘사입니다. 지구와 화성 크기의 물체 사이에 이런 충격이 달을 형성했을 가능성이 높습니다. 지구의 초기 역사(약 40억 년 전)에서는 태양계에는 현재보다 훨씬 많은 이산체가 포함되어 있었기 때문에 볼라이드의 영향은 거의 확실히 일반적이었습니다. 그러한 영향에는 직경 수백 킬로미터의 소행성 공격이 포함될 수 있으며 폭발은 지구 바다 전체를 증발시킬 정도의 강력한 것이었습니다. 이 격렬한 폭격이 느슨해진 후에야 지구상에서 생명이 진화하기 시작한 것처럼 보였습니다.

 

선캄브리아기의

달의 기원에 관한 주요 이론은 지구가 과거 화성만 한 크기의 행성에 충돌했다고 가정하는 거대 충격 이론입니다. 이러한 이론은 달의 크기와 구성을 설명할 수 있는데, 이는 다른 달 형성 이론에서는 이루어지지 않는 것입니다.

후기 중폭격이론에 따르면 직경이 20km(12mi) 이상인 22,000개 이상의 충격크레이터, 직경이 약 1,000km(620mi) 정도인 약 40개의 충격분지, 직경이 약 5,000km(3,100mi) 정도의 여러 충격분지가 있었을 것입니다. 그러나 지구 지각에서의 수억 년의 변형은 이 시기로부터의 영향을 결정적으로 특정하는 데 큰 과제가 되고 있습니다. 이 시대의 원시 암석권은 2개밖에 남지 않았다고 믿어집니다: Kaapvaal Craton(현대 남아프리카 공화국)과 Pilbara Craton(현대 서호주)에서 검색할 수 있으며 물리적인 크레이터 형태로 증거를 밝힐 가능성이 있습니다. 이 기간의 영향을 식별하기 위해 다른 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들어 맨틀의 간접 중력 또는 자기 분석이 결정되지 않을 수 있습니다.

2021년 필바라 크라톤에서 34억 6천만 년 전 발생했을 가능성이 있는 충돌 증거가 10킬로미터(6.2마일) 소행성이 깊이 2.5킬로미터(1.6마일)(서호주 마블 바 부지 부근)에서 바다를 들이받으면서 작성된 150킬로미터(93마일) 크레이터 형태로 발견됐습니다. 이 사건은 세계적인 쓰나미를 일으켰습니다. 그것은 또한 지구상 생명체의 화석화된 몇 가지 초기 증거와도 일치합니다.

2014년 남아프리카에서 바버통클린 스톤 벨트로 알려진 지질학적 지층 근처에 큰 영향을 준 증거가 과학자들에 의해 발견되었습니다. 그들은 약 32억 6000만 년 전에 Kaapvaal Craton(남아프리카)에서 발생한 영향을 추정했고, 그 영향은 약 37~58킬로미터(23~36마일)의 폭이었다. 이 이벤트의 크레이터는 아직 존재하는 경우 아직 발견되지 않았습니다.

 

마니초크 구조는 약 30억 년 전(3Ga)으로 거슬러 올라가지만, 이전에는 충격의 결과로 여겨졌습니다. 그러나 추적 조사에서는 충격 구조로서의 성질은 확인되지 않았습니다. 매니초크 구조는 지구 영향 데이터베이스에 의해 영향 구조로 인식되지 않습니다.

2020년 과학자들은 세계에서 가장 오래된 충돌 크레이터인 Yilgarn Craton(현재의 서호주)에서 발생한 충돌로 인해 야기된 Yarrabubba 크레이터를 발견했습니다. 이는 22억 년 이상 된 것으로 폭은 약 7킬로미터(4.3마일)로 추정되고 있습니다. 이 시기에 지구는 거의 또는 완전히 얼어 있었던 것으로 생각되며, 일반적으로 휴론 빙하 작용이라고 불립니다.

약 20억년 전에 Kaapvaal Craton(현재의 남아프리카)에서 발생한 Vredefort 충격 이벤트는 직경 약 10~15km(6.2~9.3mi)에서 형성된 160~300km의 다환 구조 크레이터 최대의 검증된 크레이터를 일으켰습니다. Sudbury의 영향 이벤트는, 약 18억 4900만년 전에 누나초대륙(현재의 캐나다)에서 직경 약 10~15km(6.2~9.3마일)에서 발생했습니다.