지구형 행성: 세번째 화성 Mars

 

 

지구형 행성의 크기 비교. 왼쪽부터 수성, 금성, 지구, 화성

지구형 행성 그 세번째는 바로 화성입니다. 태양계의 네 번째 행성으로 세번째에 바로 지구가 있습니다.

 

화성(火星/Mars)은 4개의 지구형 행성 중 하나로 붉은색을 띠기 때문에 고대 중국에서는 '불의 행성'으로 알려졌고, 불을 뜻하는 화(火)를 써서 화성 또는 형혹성(熒惑星)이라 불렀습니다. 바빌로니아에서는 '죽음과 질병'의 상징으로, 그리스와 로마인들에게는 '전쟁의 신'으로 숭앙되었으며, 전쟁의 신 마르스의 이름을 따 Mars라 불렀습니다. 오늘날 영어에서 3월을 뜻하는 March도 바로 여기에서 파생되었습니다.

 

 

화성에서 물이 발견되다?

매리너 4호가 1965년에 화성을 처음으로 근접 비행을 하기 전까지 과학계 안팎의 사람들은 화성에 대량의 물이 존재하리라고 기대하였는데요, 이러한 기대의 근거는 화성의 극지방에서 밝고 어두운 무늬가 주기적으로 변화한다는 사실이었습니다. 60년대 중반 이전까지 사람들은 농업을 위한 관개수로가 화성에 있으리라 기대하기까지 했었습니다. 이는 사실 20세기 초·중반의 공상과학 작가들의 상상에 영향받은 것이었습니다.

1950년대 이후 물과 생명체의 발견에 대한 기대로 많은 탐사선들에 미생물을 찾기 위한 센서들이 탑재되어 화성에 보내졌는데 화성 표면에서의 액체상태의 물은 낮은 대기압으로 인하여 존재 할 수 없다는 것이 밝혀졌습니다. 한편 화성의 극관은 물로 구성되어 있어, 이 극관에 존재하는 물은 화성의 표면을 11m 의 깊이로 뒤덮기에 충분히 많은 양이 존재하며 2016년 나사는 화성 표면 안에 얼음이 존재할 것이라고 새로운 발표를 하였습니다.

화성의 자전 주기와 계절의 변화 주기는 지구와 비슷합니다. 화성에는 태양계에서 가장 높은 산인 올림푸스 화산이 있으며, 역시 태양계에서 가장 큰 계곡인 매리너스 협곡과 극관을 가지고 있습니다. 인간의 화성 탐사는 1956년 마리너 4호로 시작되어 1975년 바이킹 1, 2호가 화성 표면에 연착륙하였습니다. 바이킹 착륙선이 보내 온 사진에는 온통 붉게 물든 하늘과 운석 크레이터, 그리고 큰 협곡 등이 보이며 극관(極冠)은 얼음으로 덮여 겨울에는 커지고 여름에는 줄어듭니다.

 

생명체의 가능성

물이 흐른 흔적인 협곡과 얼음 상태의 물에 대한 발견이 있었지만, 화성의 옅은 대기가 액체상태의 물이 화성의 표면에 존재하는 것을 막는것으로 밝혀졌습니다. 최근 연구는 화성에 존재하는 물은 너무 염도가 높거나 산도가 높아 생명체가 존재할 수 없다는 것을 보여주었습니다. 

 

화성의 위치는 태양의 거주 가능 지대보다 반 천문단위정도 멀리 떨어져 있습니다. 화성에는 또한 자기권이 없어 대기가 희박하며, 지각 열류량은 매우 적고  외부의 운석 또는 소행성들과의 충돌 또는 태양풍으로부터 보호받지 못합니다. 낮은 대기압 때문에 얼음은 액체상태를 거치지 않고 곧바로 기화해버리며, 지질학적으로도 화성의 화산 활동은 종결되어 화성의 내부 화학물질이 화성의 표면으로 순환이 되지 않으며 이러한 이유로 사실상 완전히 죽은 행성으로 볼 수 있습니다. 

 

화성의 생명체의 존재 가능성은 희박하다고 할 수 있습니다. 

여러 증거로부터 미루어 볼 때 화성이 과거에는 지금보다 더 생명이 살기에 적합한 환경이었던 것으로 추정되었으나, 지금까지는, 실제 화성에 생명이 존재한 적이 있는가 하는 질문에 대해서는 아직 확실한 답을 얻지 못하고 있습니다. 바이킹 탐사선은 70년대 중반에 화성 표면에서 미생물을 탐지하기 위한 실험을 수행하여, 과학자들 사이에서 많은 논쟁이 되었습니다. 존슨 우주센터 연구소는 화성에서 날아왔을 것으로 추정되는 운석이 빨리 분해되었기 때문에 소량의 이들 분자가 화성에 생물이 사는 증거로 여겨질 수 있으나, 이들 원소는 화산이나 사문함화작용 같은 지질학적 작용에 의해서도 공급될 수 있다고 알려졌습니다.

 

다른한편으론, 아직 생명체가 존재하고 있다는 주장의 근거로, 대기에서 메탄이 검출을 듭니다.
이는 지질활동이 멈춘 화성의 환경에서 자연적으로 발생할 수 없으며, 생명활동에 의해서만 공급되므로 안면석(화성 표면에서 발견된 사람 얼굴 모양의 암석)이나 화성 피라미드와 같은 음모론적인 가설도 있으나 과학적으로는 주목받지 못하였습니다.

 

화성의 지질과 대기

화성 기원의 운석에 대한 분석 결과에 의하면, 화성의 표면은 기본적으로 현무암으로 되어 있습니다. 화성 표면의 일부는 지구의 안산암과 같이 좀 더 이산화규소가 풍부하다는 증거가 있으나 이러한 관측은 규산염과 같은 유리의 존재를 통해서 설명될 수도 있기 때문에 결정적이지는 않습니다. 표면의 대부분은 산화철의 먼지로 덮여있으며 화성의 표면에 일시적이나마 물이 존재했다는 결정적인 증거가 있습니다. 화성 표면에서 발견된 암염이나 침철석과 같이 대체로 물이 존재할 때 생성되는 광물이 발견되었기 때문입니다.

비록 화성 자체의 자기장은 없지만, 과거 행성 표면의 일부는 자화(물체가 자성을 지니는 현상)된 적이 있음이 관측을 통해 밝혀졌습니다. 화성에서 발견된 자화의 흔적(고지자기-암석이나 퇴적물 속에 포함된 강자성 광물의 잔류자기)은 지구의 해양지각에서 발견되는 교대하는 띠 모양의 고지자기와 비교되어 왔습니다. 1999년에 발표되고 2005년에 마스 글로벌 서베이어로부터의 관측 결과의 도움으로 재검토된 이론에 따르면, 이들 지자기의 띠들은 과거에 있었던 화성의 판구조 활동의 증거일 수 있습니다. 극 이동(polar wandering)으로도 화성에서 발견된 고지자기를 설명할 수 있습니다.

화성의 내부를 설명하는 이론에 따르면, 화성 핵의 반지름은 약 1,480km로 주로 철과 15~17%의 황으로 이루어져 있습니다. 황화철의 핵은 부분적으로 용융되어 있으며, 지구의 핵에 비하면 가벼운 원소의 함량이 약 2배정도 됩니다. 핵은 규산염질 맨틀에 둘러싸여 있는데 맨틀은 화성에서 볼 수 있는 많은 판구조 활동과 화산 활동을 일으켜 왔으나 현재는 더 이상 활동하지 않습니다. 화성 지각의 두께는 약 50km이고, 최댓값은 125km정도입니다.

 

화성의 대기압은 0.7에서 0.9kPa로, 지구의 대기 밀도와 비교하면 1/100 정도로 매우 낮습니다. 대기가 적으므로 기압이 매우 낮고 물이 있더라도 기압 때문에 빨리 증발하게 됩니다. 과학자들은 과거의 화성은 물이 풍부하고 대기도 지금보다 컸으리라고 추측합니다. 대기의 주성분인 이산화탄소가 얼어 거대한 극관(화성의 극에서 얼음으로 덮여 하얗게 빛나 보이는 부분)을 형성하는 과정이 양극에서 교대로 일어나고 이산화탄소는 눈층을 형성하고 봄이 되면 증발합니다.