베른 대학이 이끄는 국제 연구팀이 단 한 번의 소행성 충돌이 화성의 두 위성 중 작은 데이모스의 모습을 극적으로 바꾸었을 수 있다는 증거를 발견했다. 상세한 컴퓨터 시뮬레이션과 ESA의 헤라 우주선이 촬영한 최근 이미지를 결합한 결과, 연구진은 한 번의 충돌이 달의 남쪽에 있는 큰 움푹 패인 곳과 비정상적으로 매끄럽고 먼지로 덮인 표면을 모두 설명할 수 있다고 결론지었다.

이 연구는 헤라가 데이모스를 근접 통과하는 동안 수집한 관측 데이터를 활용한 첫 번째 과학적 연구다. 이 발견은 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)의 화성 위성 탐사(MMX) 임무를 포함한 향후 임무를 안내하는 데도 도움이 될 수 있다.

데이모스는 화성의 두 위성 중 더 작고 더 멀리 떨어져 있다. 대략 타원형 모양이며 남극 근처에 두드러진 움푹 패인 곳이 있다. 표면도 화성의 다른 위성인 포보스의 표면과 현저히 다르다.

포보스는 크레이터로 심하게 표시되어 있는 반면, 데이모스는 표면의 많은 부분이 느슨한 먼지와 암석 파편(레골리스)으로 덮여 있어 더 매끄러워 보인다. 우주선은 수십 년에 걸쳐 점점 더 상세하게 이 달을 촬영해 왔지만, 과학자들은 남쪽 움푹 패인 곳이나 널리 퍼진 파편 층이 무엇에 의해 만들어졌는지 확신하지 못했다.

사비나 라두칸 박사가 이끄는 새로운 연구는 두 특징이 같은 기원을 가질 수 있는지 조사했다. 국제 협력에는 코트다쥐르 천문대, 애리조나 대학, 도쿄 대학 등의 연구자들이 포함되었다.

라두칸은 2025년 10월까지 베른 대학 물리학 연구소의 우주 연구 및 행성 과학 부서에서 일했다. 현재는 국제 우주 과학 연구소의 과학 프로그램 매니저이자 브뤼셀 자유 대학의 선임 연구원이다.

팀은 '베른 평활 입자 유체 역학(SPH)' 코드로 생성된 고해상도 시뮬레이션을 사용하여 남극 근처의 독특한 움푹 패인 곳이 데이모스를 파괴할 만큼 강하지는 않지만 강력한 단 한 번의 소행성 충돌에 의해 가장 가능성 있게 생성되었음을 발견했다. 시뮬레이션에 따르면, 같은 충돌이 현재 달의 많은 부분을 덮고 있는 레골리스를 생성했을 수도 있다.

네이처 천문학에 게재된 이 연구는 ESA의 헤라 우주선이 데이모스를 근접 통과할 때 수집한 관측 데이터를 사용한 첫 번째 과학 출판물이다. 헤라는 현재 주요 목표인 소행성 위성 디모르포스로 향하고 있다.

무슨 일이 일어났는지 재구성하기 위해 과학자들은 베른 대학에서 약 20년에 걸쳐 개발된 베른 SPH 코드를 사용했다. 이 소프트웨어는 소행성, 혜성, 행성 간의 충돌을 모델링하도록 설계되었다.

시뮬레이션에서 충돌하는 물체는 수백만 개의 개별 입자로 표현된다. 연구자들은 중력, 밀도, 재료 강도와 같은 요소를 조정하여 다양한 유형의 충돌이 어떻게 전개되는지 볼 수 있다.

베른 대학은 수치 충돌 모델링에 광범위한 전문 지식을 보유하고 있다. 동일한 접근 방식이 이전에 NASA의 DART 우주선이 디모르포스에 충돌하는 것을 시뮬레이션하는 데 사용되었다.

"이 코드는 베른 대학의 고성능 컴퓨팅 클러스터에서 실행되며 이러한 유형의 시뮬레이션을 수행할 수 있는 몇 안 되는 코드 중 하나입니다."라고 연구 책임자이자 ESA의 헤라 임무를 위한 헤라 충돌 물리 작업 그룹의 공동 의장인 사비나 라두칸은 설명한다.

연구자들은 충돌체의 크기, 속도, 충돌 각도를 변경하고 데이모스의 내부 구조에 대한 가정도 변경하면서 많은 가능한 시나리오를 테스트했다.

"우리는 약 100번의 시뮬레이션을 수행했습니다. 각각 약 1주일이 걸렸습니다."

그런 다음 결과를 ESA 우주 탐사선이 수집한 관측 데이터와 비교했다.

헤라의 주요 임무는 NASA의 DART 우주선이 디모르포스에 충돌했을 때 무슨 일이 일어났는지 면밀히 조사하는 것이다. 이러한 관측은 소행성 충돌로부터 지구를 방어하기 위한 잠재적 방법으로 소행성의 궤도 변경을 평가하는 데 도움이 되도록 의도되었다.

2025년 3월, 헤라는 데이모스를 근접 통과했다.