뉴저지 주택을 뚫은 운석 속에서 발견된 '외계 소금물' 화학

2024년 7월 16일 대낮, 뉴욕시 상공을 가로지른 유성이 자유의 여신상 남쪽을 지나며 소닉붐을 일으켰다. 얼마 지나지 않아 무게 2파운드(약 900g)가 넘는 운석 조각이 뉴저지주 힐스버러의 한 주택 지붕을 뚫고 안방 천장에 구멍을 냈다. 국제 연구팀은 학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 이 '힐스버러 운석'을 분석한 결과를 발표했는데, 단순한 낙하 사건 기록을 넘어 초기 태양계와 지구 생명의 재료 물질을 들여다보는 창이 되었다는 점에서 주목할 만하다.

낙하부터 회수까지의 관측 체계

이 사건이 과학적으로 값진 이유는 유성이 떨어지는 전 과정이 촘촘히 기록됐다는 데 있다. 문제의 암석은 무거운 기내 수하물 크기로 시속 3만 2,000마일(초속 14.4km)로 대기권에 진입했다. 미국유성학회(AMS)에는 뉴욕·뉴저지·코네티컷·로드아일랜드·펜실베이니아의 관측자 60명이 목격 신고를 했고, 그중 16명은 충격파를 몸으로 느꼈다. AMS 운영책임자 마이크 행키에 따르면 코네티컷 노스포드와 펜실베이니아 더글라스빌의 카메라, 그리고 뉴저지 웨인의 초인종 카메라가 유성을 포착했고, 이 영상으로 궤적을 계산해 소행성대 낮은 궤도까지 경로를 역추적할 수 있었다.

암석은 약했고 빠르게 부서졌다. 고도 22마일(35km)에서 빛을 잃은 뒤에는 뉴어크 공항의 도플러 기상 레이더가 스태튼아일랜드에서 뉴저지로 이어지는 낙하 파편 구름을 짧게 감지했다. 힐스버러는 그 구름의 끝자락, 가장 큰 조각들이 떨어진 지점이었다. 결국 회수된 조각은 주택을 때린 단 하나뿐이었다. 도어벨 카메라, 기상 레이더, 시민 신고가 결합해 낙하 지점을 좁힌 이 과정은 분산된 관측 데이터를 어떻게 하나의 궤적으로 통합하는지를 보여주는 사례이기도 하다.

집주인의 신속한 보존이 만든 '가장 깨끗한 표본'

표본의 가치를 결정지은 또 다른 변수는 사람이었다. 집주인은 큰 충돌음을 듣고 안방 천장의 구멍과 함께 강한 유황 냄새, 침대와 카펫을 덮은 검은 파편과 분진을 발견했다. 그는 곧바로 일회용 장갑과 알루미늄 포일을 사용해 조각을 유리병에 담아 현장을 오염 없이 기록하고 보존했다. 연구를 이끈 SETI 연구소·NASA 에임스 연구센터의 유성천문학자 피터 예니스켄스는 이 덕분에 이번 표본이 알려진 것 중 가장 원형에 가까운(pristine) 상태라고 밝혔다. 분석 절차보다 앞단의 시료 취급이 결과 품질을 좌우한다는 점은 데이터 작업의 원칙과도 통한다.

소금물이 남긴 화학의 흔적

분석 결과 이 암석은 원시 운석의 한 종류인 CM형 탄소질 콘드라이트로 판명됐다. 여기서 'M'은 1889년 우크라이나에 떨어진 미게이(Mighei) 운석에서 온 이름이다. NASA 존슨우주센터의 마이크 졸렌스키는 이 표본이 일반적인 CM2형보다 모체 소행성에서 물의 영향을 더 강하게 받았다고 보고 CM1과 CM2 사이 중간 단계인 CM1/2형으로 분류했다. 힐스버러는 22번째로 관측된 CM형 낙하이지만, CM1/2형으로는 2020년 인도네시아 북수마트라의 콜랑 운석에 이어 두 번째로 낙하가 목격된 사례다. CM1형 낙하가 목격된 적은 아직 없다.

특히 이 조각은 소금 성분이 풍부했고 모체 소행성의 표면 근처에서 왔다. 졸렌스키와 장미 한 연구원은 운석 안에서 소금이 많은 작은 CM1 파편을 찾아냈는데, 이는 액체 상태의 물이 증발하며 염분이 농축된 표면 인근 영역에서 유래했음을 시사한다. 연구팀은 이 소금 광물을 규명해, JAXA의 하야부사2가 소행성 류구에서, NASA의 오시리스-렉스가 소행성 베누에서 가져온 시료의 유사 물질과 비교하는 작업을 진행하고 있다. 우주선이 직접 채취한 샘플과 하늘에서 떨어진 운석을 교차 검증하는 셈이다.

생명의 재료라는 함의, 그리고 남은 물음

농축된 소금물, 즉 브라인(brine)은 생명과 관련된 분자를 만들 잠재력을 지닌다. 브라인은 인산염을 용액 상태로 유지하고 유기물 사이의 화학 반응을 촉진할 수 있기 때문이다. 로열홀러웨이 대학의 퀴니 챈과 일본 JAMSTEC의 나나 오가와에 따르면 CM형을 포함한 원시 탄소질 콘드라이트는 초기 지구에 유기물을 전달했을 가능성이 있으며, 힐스버러 운석은 무게 기준 탄소 1.8%, 질소 0.07%를 함유하고 탄소·질소 동위원소 값도 CM형에 전형적이었다. 다양한 가용성 유기 화합물과 CM2형에서 보이는 것과 유사한 여러 아미노산도 확인됐다.

다만 연구팀은 결론을 성급히 확정하지 않는다. 뮌헨공대의 필 슈미트-코플린은 광물과의 유기 화학 반응으로 생긴 화합물 비율이 높다면서도, 검출된 마그네슘 유기 화합물이 브라인 화학의 산물인지 아니면 과거 충돌 충격 과정에서 남은 잔여물인지는 알 수 없다고 밝혔다. NASA 고다드의 대니 글래빈 팀은 아미노산·카복실산 등의 전달이 지구 생명 출현 이전의 유기물 목록에 기여했을 수 있으며, 관찰된 복잡한 아미노산 분포가 브라인 화학의 도움을 받아 모체 안에서 형성됐을 것으로 추정했다. 일부 조각은 뉴욕 미국자연사박물관에 보관될 예정이다. 우연히 지붕을 뚫고 들어온 돌 하나가, 초기 태양계의 소금물 화학과 지구 생명의 기원을 잇는 실마리로 남게 된 것이다.