운석은 우주에서 떨어지는 돌입니다. 대부분은 대기에서 타버리지만, 큰 것은 지표에 도달하여 충돌합니다. 역사상 가장 큰 충돌은 6600만 년 전 멕시코 유카탄 반도에 떨어진 소행성입니다. 지름 10킬로미터 넘는 거대한 바위가 시속 7만 킬로미터로 지구와 충돌하여 폭 180킬로미터 칙술루브 크레이터를 만들었습니다. 폭발 에너지는 히로시마 원폭의 100억 배였고, 충격파가 전 세계를 휩쓸었으며, 거대한 쓰나미가 해안을 덮쳤고, 수천 도 열기가 숲을 태웠습니다. 먼지와 재가 하늘을 덮어 햇빛을 차단하여 수개월간 어두웠고, 광합성이 멈춰 식물이 죽었으며, 먹이 사슬이 붕괴했습니다. 공룡을 포함한 지구 생물 종의 75퍼센트가 멸종했고, 중생대가 끝나고 신생대가 시작되었습니다. 만약 이 충돌이 없었다면 공룡은 계속 번성했을 것이고, 포유류는 작은 동물로 남았을 것이며, 인류는 탄생하지 못했을 것입니다. 운석 충돌은 지구 역사를 바꿨습니다. 생명 대멸종의 주요 원인이었고, 물과 유기물을 지구에 가져와 생명 탄생에 기여했을 가능성도 있습니다. 지구 표면에는 약 190개 확인된 충돌 크레이터가 있으며, 대부분은 침식과 판 구조로 사라졌습니다. 달은 대기가 없어 크레이터가 수억 년간 보존되어 수만 개가 있지만, 지구는 풍화와 침식으로 빠르게 지워집니다. 현재도 위험은 존재합니다. 매일 수십 톤의 운석 물질이 지구로 떨어지지만 대부분 먼지 크기이고, 큰 것은 드물지만 언젠가 다시 올 것입니다. 2013년 러시아 첼랴빈스크에 지름 17미터 운석이 떨어져 공중에서 폭발하여 1500명이 다쳤고, 충격파로 건물 유리창이 깨졌습니다. 지름 100미터 소행성이 도시에 떨어지면 수백만 명이 죽고, 1킬로미터급은 전 세계 재앙이며, 10킬로미터급은 문명을 끝낼 수 있습니다. NASA와 ESA는 지구 근처 소행성을 감시하고, 위험한 것을 찾아 궤도를 바꾸는 방법을 연구합니다. 2022년 DART 임무는 소행성에 우주선을 충돌시켜 궤도를 성공적으로 바꿔 행성 방어 가능성을 보여줬습니다.
이 글에서는 운석의 종류와 기원, 충돌 메커니즘과 크레이터 형성, 역사상 주요 충돌, 그리고 현재 위협과 대응을 상세히 알아보겠습니다.
운석의 종류와 기원
운석은 우주 공간의 물체가 대기를 통과하여 지표에 떨어진 것입니다. 대기 진입 전에는 유성체라 하고, 대기를 통과하며 빛나는 것을 유성 또는 별똥별이라 하며, 지표에 도달한 것이 운석입니다. 크기는 먼지에서 수 킬로미터까지 다양하고, 대부분은 작아서 완전히 타지만 큰 것은 살아남습니다. 운석은 세 종류입니다. 석질 운석은 가장 흔하며 전체의 약 94퍼센트입니다. 주로 규산염 광물로 이루어졌고, 암석처럼 보이며, 두 아형이 있습니다. 콘드라이트는 가장 원시적이고 태양계 형성 초기 물질을 보존하며, 콘드룰이라는 작은 구형 입자가 특징입니다. 46억 년 전 태양계가 만들어질 때 응축된 광물 알갱이이고, 행성이 형성되기 전 상태를 보여줍니다. 에이콘드라이트는 콘드룰이 없고, 소행성이나 행성에서 용융과 분화를 거쳐 만들어졌습니다. 철-니켈 운석은 약 5퍼센트이고, 철과 니켈 합금으로 이루어져 매우 무겁고 자성이 있습니다. 소행성 핵에서 왔으며, 소행성이 형성될 때 무거운 금속이 중심으로 가라앉아 핵을 이루었고, 충돌로 산산조각 나며 핵 조각이 우주로 흩어졌습니다. 절단하여 산 처리하면 비드만슈테텐 구조가 나타나는데, 아름다운 교차 무늬로 수백만 년에 걸쳐 천천히 식으며 형성되었고, 운석 감정의 결정적 증거입니다. 석철 운석은 약 1퍼센트이고, 돌과 금속이 섞였으며 가장 희귀하고 아름답습니다. 소행성 핵과 맨틀 경계에서 왔고, 팔라사이트는 감람석 결정이 철-니켈 매트릭스에 박혀 빛을 비추면 초록색으로 빛나 보석처럼 보입니다. 운석은 어디서 올까요. 대부분은 소행성대에서 왔습니다. 화성과 목성 사이에 수백만 개 소행성이 있고, 충돌로 파편이 생겨 궤도가 바뀌며 지구로 옵니다. 일부는 화성이나 달에서 왔습니다. 큰 충돌로 암석이 우주로 튕겨 나가 수백만 년 떠돌다 지구에 떨어지며, 화성 운석은 약 100개 발견되었고, 화성 대기에서 온 가스를 포함하여 확인됩니다. 달 운석도 수십 개 있고, 혜성에서 온 것도 있을 수 있지만 확인하기 어렵습니다. 혜성은 얼음과 먼지로 이루어져 대기 진입 시 대부분 증발하고, 매우 다공질이어서 살아남기 어렵습니다. 운석 낙하는 지속적입니다. 매일 약 100톤의 운석 물질이 지구에 떨어지지만 대부분 먼지 크기이고, 자동차 크기 이상은 연 1~2개이며, 집 크기는 수년에 하나, 도시를 파괴할 크기는 수백 년에 하나, 문명을 위협할 크기는 수천만 년에 하나입니다. 대기 진입 속도는 초속 11~72킬로미터이고, 마찰로 표면이 수천 도로 뜨거워져 녹고 증발합니다. 작은 것은 완전히 타지만, 큰 것은 내부가 차갑게 유지되며 살아남고, 표면은 융융각이라는 매끄러운 껍질로 덮입니다. 검거나 갈색이고, 운석 감정의 단서입니다.
충돌 메커니즘과 크레이터
운석 충돌은 엄청난 에너지를 방출합니다. 운동 에너지는 질량과 속도의 제곱에 비례하므로, 속도가 빠를수록 파괴력이 기하급수적으로 증가합니다. 지름 100미터 소행성이 시속 5만 킬로미터로 충돌하면 에너지는 히로시마 원폭의 약 50배이고, 1킬로미터급은 수만 배, 10킬로미터급은 1억 배 이상입니다. 충돌 과정은 순식간입니다. 충돌 순간 운석과 지표가 극도로 압축되며, 암석이 증기와 플라즈마가 되고, 충격파가 초속 수 킬로미터로 퍼져 나가 암석을 부수고 융해시킵니다. 수백 분의 1초 만에 운석이 완전히 증발하고, 거대한 구멍이 생기며, 분출물이 사방으로 튕겨 나갑니다. 크레이터는 충돌로 만들어진 원형 구덩이입니다. 크기는 운석 크기, 속도, 각도, 지질에 따라 다르고, 일반적으로 운석 지름의 10~20배입니다. 지름 1킬로미터 소행성은 10~20킬로미터 크레이터를 만듭니다. 크레이터는 두 종류입니다. 단순 크레이터는 작은 충돌로 만들어지며, 그릇 모양으로 깊고 가파른 벽과 평평한 바닥을 가집니다. 지름 수 킬로미터 이하이고, 지구에서는 드물지만 달과 화성에 많습니다. 애리조나 배링어 크레이터는 대표적 예로 지름 1.2킬로미터, 깊이 170미터이며, 약 5만 년 전 지름 50미터 철-니켈 운석이 충돌하여 만들었습니다. 건조한 사막 기후로 잘 보존되었고, 운석 충돌 크레이터로 최초로 인정받았습니다. 복합 크레이터는 큰 충돌로 만들어지며, 중앙 봉우리와 계단식 벽을 가집니다. 충돌 직후 깊은 구멍이 생기지만, 중력으로 바닥이 튀어 올라 중앙 봉우리를 만들고, 벽이 무너져 계단을 형성합니다. 지름 수십 킬로미터 이상이고, 칙술루브 크레이터가 이에 해당합니다. 현재는 대부분 퇴적물로 덮였지만, 중력 이상과 지진파로 구조를 확인했습니다. 충돌 증거는 여러 가지입니다. 쇼크 쿼츠는 석영에 충격 변성 흔적이 생긴 것으로, 충돌의 극한 압력에서만 만들어지며, 미세한 평행선이 특징입니다. 텍타이트는 충돌로 암석이 녹아 공중으로 튕겨 나가 식으며 만들어진 유리 알갱이입니다. 검거나 초록색이고, 독특한 모양을 가지며, 충돌 지점에서 수천 킬로미터 떨어진 곳에서도 발견됩니다. 이리듐 이상은 운석에 풍부하지만 지구 지각에는 드문 원소로, 전 세계 6600만 년 전 지층에서 이리듐 농도가 급증하는 것이 칙술루브 충돌의 결정적 증거였습니다. 1980년 루이스 알바레즈와 그의 아들 월터가 발견했고, 공룡 멸종이 운석 충돌 때문임을 처음 제안했습니다. 처음에는 논란이었지만, 칙술루브 크레이터 발견으로 확정되었습니다. 지구에서 크레이터는 빠르게 사라집니다. 침식, 풍화, 판 구조, 퇴적으로 수백만 년 내에 지워지며, 오래된 크레이터는 찾기 어렵습니다. 달과 달리 지구는 활발한 지질 활동으로 흔적을 제거하고, 확인된 190개 대부분은 1억 년 이내이며, 그보다 오래된 것은 매우 드뭅니다. 남아프리카 브레데포르트 돔은 약 20억 년 전 크레이터로 가장 오래된 것 중 하나이고, 호주 야라바바 크레이터는 23억 년 전으로 추정됩니다.
역사적 충돌과 현재 위협
주요 충돌 사건
칙술루브 충돌은 가장 유명하지만 유일하지 않습니다. 지구 역사에 여러 대형 충돌이 있었고, 일부는 대멸종과 연결됩니다. 캐나다 서드베리 분지는 약 18억5000만 년 전 지름 10~15킬로미터 소행성 충돌로 만들어졌고, 크레이터 지름은 약 250킬로미터로 현존하는 가장 큰 충돌 구조 중 하나입니다. 오랜 침식으로 원형이 거의 남지 않았지만, 니켈과 구리가 풍부하여 세계 주요 광산 지역입니다. 충돌로 금속이 녹아 집중되었기 때문입니다. 남아프리카 브레데포르트는 약 20억 년 전 충돌로 지름 300킬로미터 이상이었을 것으로 추정되지만, 심한 침식으로 희미하게 남았습니다. 러시아 포피가이 크레이터는 약 3500만 년 전 충돌로 지름 100킬로미터이고, 충격으로 다이아몬드가 형성되어 충격 다이아몬드가 대량으로 발견됩니다. 페름기 말 대멸종은 2억5200만 년 전 지구 역사상 최악의 멸종으로 해양 생물 96퍼센트, 육상 생물 70퍼센트가 사라졌습니다. 주요 원인은 시베리아 트랩 대규모 화산 폭발이지만, 일부는 운석 충돌도 기여했다고 제안합니다. 호주 베드아웃 구조가 당시 충돌 크레이터일 가능성이 있지만 논란입니다. 트라이아스기 말 대멸종은 약 2억100만 년 전이고, 캐나다 마니쿠아간 크레이터가 비슷한 시기이지만 인과관계는 불확실합니다. 칙술루브는 확실합니다. 6600만 년 전 백악기 말 공룡과 익룡, 해양 파충류, 암모나이트 등이 멸종했고, 소행성 충돌이 직접 원인입니다. 이리듐 층, 쇼크 쿼츠, 텍타이트, 크레이터 모두 일치하며, 충돌 시나리오는 다음과 같습니다. 소행성이 얕은 바다에 충돌하여 거대한 쓰나미를 일으켰고, 수백 미터 높이 파도가 해안을 덮쳤으며, 충격으로 암석이 증기와 먼지가 되어 대기로 올라가 전 세계를 덮었습니다. 햇빛이 차단되어 기온이 급강하하고, 광합성이 멈춰 식물이 죽었으며, 초식 공룡이 굶어 죽고 육식 공룡도 따라 멸종했습니다. 작은 포유류, 조류, 악어, 거북 일부는 살아남아 새로운 세상의 주인이 되었습니다. 만약 충돌이 없었다면 공룡은 계속 지배했을 것이고, 포유류는 작은 야행성 동물로 남았을 것이며, 영장류 진화와 인류 탄생은 없었을 것입니다. 역설적으로 인류는 운석 충돌 덕분에 존재합니다. 역사 시대 충돌도 있습니다. 1908년 러시아 퉁구스카에서 대폭발이 일어나 반경 수십 킬로미터 숲이 쓰러지고 2000제곱킬로미터가 황폐해졌습니다. 지름 약 50~60미터 소행성이나 혜성이 공중에서 폭발한 것으로 추정되며, 히로시마 원폭의 약 1000배 에너지였습니다. 다행히 사람이 거의 없는 지역이어서 인명 피해는 미미했지만, 도시 위였다면 수십만 명이 죽었을 것입니다. 크레이터는 없고, 공중 폭발로 파편이 증발했기 때문입니다. 2013년 첼랴빈스크는 현대 목격 사례입니다. 지름 약 17미터 운석이 러시아 상공에서 폭발하여 충격파로 건물 유리창이 깨지고 1500명이 다쳤습니다. 대시캠 영상이 전 세계로 퍼져 운석 위험을 상기시켰고, 작은 운석도 위험함을 보여줬습니다.
현재 위협과 방어
지구 근처 소행성 NEO는 계속 감시됩니다. NASA와 ESA는 망원경으로 하늘을 훑어 소행성을 찾고, 궤도를 계산하여 충돌 위험을 평가합니다. 현재 약 3만 개 이상이 목록에 있고, 매년 수천 개씩 추가됩니다. 대부분은 안전하지만, 일부는 잠재적 위험 소행성 PHA로 분류되어 지구 궤도 750만 킬로미터 이내 접근하고 지름 140미터 이상입니다. 약 2300개가 알려졌고, 앞으로 100년 내 충돌 위험은 매우 낮지만 영은 아닙니다. 가장 위험한 것은 아포피스입니다. 지름 약 370미터로 2029년 지구에서 3만2000킬로미터 거리로 스쳐 지나가며, 정지위성보다 가까워 육안으로 볼 수 있습니다. 처음 발견 시 2036년 충돌 가능성이 있었지만, 정밀 관측 결과 충돌하지 않을 것으로 확정되었습니다. 하지만 2029년 근접 통과로 궤도가 약간 바뀔 수 있어 계속 관측 중입니다. 베누는 또 다른 주목 대상입니다. 지름 약 500미터로 22세기 후반 지구에 충돌할 확률이 약 0.037퍼센트이고, 2700분의 1로 낮지만 무시할 수 없습니다. NASA OSIRIS-REx 탐사선이 2020년 베누에서 샘플을 채취하여 2023년 지구로 돌아왔고, 궤도를 정밀하게 측정하여 충돌 확률을 계산하고 대응을 준비합니다. 행성 방어는 현실이 되었습니다. 2022년 NASA DART 임무는 소행성 디디모스의 위성 디모르포스에 우주선을 충돌시켜 궤도를 성공적으로 바꿨습니다. 디모르포스 공전 주기가 32분 단축되어 운동학적 충돌로 소행성 궤도를 바꿀 수 있음을 증명했고, 실제 위험 소행성이 발견되면 같은 방법으로 막을 수 있습니다. ESA 헤라 탐사선은 2024년 발사되어 디모르포스를 자세히 조사하며, 충돌 효과를 연구합니다. 다른 방법도 연구됩니다. 중력 견인은 우주선을 소행성 옆에 오래 두어 미약한 중력으로 궤도를 천천히 바꾸는 것이고, 레이저 제거는 레이저로 표면을 증발시켜 반동으로 궤도를 바꾸며, 핵 폭발은 최후 수단으로 소행성을 파괴하거나 밀어냅니다. 하지만 파편이 여러 개 떨어질 위험이 있어 신중해야 합니다. 조기 발견이 가장 중요합니다. 수십 년 전 발견하면 작은 힘으로도 궤도를 충분히 바꿀 수 있지만, 몇 년 전 발견하면 매우 어렵습니다. NASA는 2027년까지 지름 140미터 이상 소행성 90퍼센트 이상을 찾는 것을 목표로 하며, 미래 우주 망원경 NEO 서베이어로 감시를 강화합니다. 대중 인식도 중요합니다. 운석 충돌은 영화 소재이지만 실제 위험이며, 정부와 과학계가 협력하여 대비해야 합니다. 유엔은 국제 소행성 경보 네트워크와 우주 임무 계획 자문 그룹을 만들어 정보를 공유하고 대응을 조율합니다. 운석 충돌은 언젠가 다시 올 것입니다. 작은 것은 자주 오고, 큰 것은 드물지만 확실히 옵니다. 문명을 끝낼 10킬로미터급은 수천만 년에 하나지만, 도시를 파괴할 100미터급은 수백 년에 하나이며, 준비가 필요합니다.