태양계 이야기 873 - 화성 극지방의 얼음 나이는?

(The ice at the north pole of Mars is seen from orbit in this image captured by Mars Express in May 2014. Credit: ESA/DLR/FU Berlin/J. Cowart, CC CY-SA 3.0 IGO)

지구의 남극과 북극에는 나이가 수십 만년 이상 된 오래된 빙하가 존재합니다. 그런데 화성에도 극지방에 두꺼운 빙하층이 발달되어 있습니다. 이 극지방 빙하는 물의 얼음 뿐 아니라 드라이아이스도 섞여 있다는 점이 지구와 차이점인데, 유사한 점도 있습니다. 두께가 2-3km에 달해 빙하 깊숙한 곳은 오래전에 형성되었을 가능성이 있습니다. 만약 이 얼음 샘플을 구할 수 있다면 지구에서와 마찬가지로 오래전 화성의 기후 상태도 조사할 수 있을 것입니다.

하지만 직접 탐사선을 보내 얼음을 뚫고 조사하는 대신 궤도에서 관측한 이미지만 가지고 얼음의 연령대를 측정하기는 매우 어렵습니다. 콜로라도 대학의 앤드류 윌코스키 (Andrew Wilcoski, Astrophysical and Planetary Sciences, University of Colorado Boulder, Boulder, CO, USA)와 그 동료들은 Mars Reconnaissance Orbiter의 High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE)의 관측 데이터를 이용해 얼음의 나이를 추정했습니다.

화성의 극관 표면에는 물결 무늬가 있는데 이는 주기적인 승화와 빙결에 의한 것으로 풀이됩니다. 연구팀은 고해상도 이미지 및 고도계 분석을 통해 표면에도 10m 너비에 1m 깊의 잔주름이 많다는 사실을 확인했습니다. 이 잔주름은 햇빛을 받을 수 있는 부분과 아닌 부분에서 얼음이 승화되거나 녹는 비율이 다르기 때문에 생성된 것으로 시간이 지나면서 더 움푹 파이게 됩니다.

연구팀은 화성의 기후, 희박한 대기와 낮은 수증기 밀도 등을 고려해 현재의 표면 형태를 설명할 수 있는 모델을 만들었습니다. 그 결과 화성 극지방의 표면은 대략 1000-10,000년 사이에 형성된 것으로 나타났습니다. 더 깊은 아래에 있는 빙하의 나이는 추정이 어렵지만, 표면 나이도 생각보다 젊지는 않은 셈입니다. 어쩌면 아주 오래된 얼음이 존재할 가능성도 있습니다.

결국 확실한 답을 얻기 위해서는 극지방에서 직접 드릴을 이용해 빙핵 코어를 입수하는 수밖에 없습니다. 당장에는 어려운 일이지만, 언젠가 과학자들이 이 일을 해낼 것이라고 생각합니다.

참고

https://phys.org/news/2021-02-decoding-age-ice-mars-north.html

A. X. Wilcoski et al. Surface Roughness Evolution and Implications for the Age of the North Polar Residual Cap of Mars, Journal of Geophysical Research: Planets (2020). DOI: 10.1029/2020JE006570

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