(메이븐 탐사선. Artist concept of MAVEN spacecraft. Credit : NASA's Goddard Space Flight Center )
(Studying the Solar Wind on Mars )
(What Happened to Mars? A Planetary Mystery)
현재 화성의 표면을 보면 과거에 대량의 물이 흘렀다는 점은 거의 의심할 수 없는 사실로 생각되고 있습니다. 거대한 호수와 바다, 강을 이룰 수 있을 만큼의 물이 아니라면 설명하기 어려운 지형들이 있기 때문입니다. 또 현재까지의 화성 표면 로버의 탐사 결과 역시 과거에 많은 물이 흘렀다는 점을 시사하고 있습니다. 따라서 화성은 수십억년전 액체 상태의 물이 흐를 수 있을 만큼 따뜻했으며 지금보다 (현재는 지구 해수면 수준 기압의 0.6%) 훨씬 두터운 대기를 가지고 있었음에 분명합니다.
과학자들은 화성의 대기가 사라지고 결국 차갑고 건조한 행성이 되면서 표면에서 물이 사라지게 된 이유가 화성의 약한 자기장에 있었다고 생각하고 있습니다. 지구는 화성에 비해 강력한 자기장을 가지고 있어서 태양에서 오는 태양풍의 상당 부분을 차단할 수 있습니다. 그 결과 대기 상층부에 있는 대기 분자와 이온들이 태양풍에 의해 다 씻겨 나가지 않고 보존될 수 있는 것입니다. 물론 지구의 상대적으로 강한 중력 역시 대기를 보존할 수 있는 이유가 됩니다. 화성의 중력은 지구의 1/3 수준에 불과합니다.
비록 화성이 지구보다 태양에서 멀리 떨어져 있어 평균 태양에너지의 양이 거의 절반 수준에 불과하지만 그럼에도 매우 약한 자기장으로 인해 태양풍에 의해서 지금도 대기를 조금씩 잃고 있는 것으로 보입니다. 이 비율이 비록 크지는 않다고 해도 수십억년간 매일 같이 거르지 않고 지속된다면 한 행성의 대기를 송두리채 벗겨 버릴 수 있는 수준에 이를 수 있을 것으로 추정됩니다. 하지만 사실대로 말하면 이 가설을 입증할 과학적 증거는 지금까지 다소 부족했습니다.
메이븐의 역할은 바로 이 점을 입증하는 것입니다. 메이븐은 올해 하반기부터 화성의 주변을 도는 인공위성이 되어 화성 상공 150 km 에서 6200 km 의 타원형 궤도를 공전하게 됩니다. 메이븐은 화성의 대기와 이온권 (대기 상층부에 대기 분자들이 태양에너지의 영향으로 이온화 된 층) 의 변화를 관측하며 특히 태양풍과의 상호 작용을 조사하게 됩니다.
현재 화성 대기가 잃고 있는 대기의 양을 조사한다면 반대로 과거 화성에 대기가 두꺼웠던 시기를 역으로 추정할 수도 있으며 이를 통해 화성이 왜 그리고 언제 지금처럼 춥고 건조하고 대기가 희박한 행성이 되었는지를 알아낼 수 있을 것입니다. 이런 지식은 어떤 형태의 외계 행성에 생명체가 존재할 수 있는지에 대한 단서도 제공할 것입니다. 또 미래 화성 탐사에 있어 중요한 자료도 같이 제공할 것으로 기대됩니다.
(현재 화성에서 생성되는 휘발성 물질과 대기의 순환 구조. Volatiles on Mars. This illustration shows the locations and interactions of volatiles on Mars. Volatiles are molecules that readily evaporate, converting to their gaseous form, such as water and carbon dioxide. On Mars, and other planets, these molecules are released from the crust and planetary interior into the atmosphere via volcanic plumes. On Mars, significant amounts of carbon dioxide go back and forth between polar ice caps and the atmosphere depending on the season (when it's colder, this gas freezes into the polar ice caps). Credit : NASA/JPL-Caltech )
좀더 부연 설명을 하자면 지구와 마찬가지로 화성 역시 화산 활동등을 통해서 지각 내부에서 나오는 물과 이산화탄소 같은 분자들이 계속해서 대기에 공급됩니다. 지구의 경우 이 원소들은 다시 바다로 들어가거나 혹은 광합성을 통해서 산소 분자로 대기에 공급되게 됩니다. 그 결과 지구는 물과 산소가 풍부한 환경에 놓이게 됩니다. 지구의 강한 중력과 자기장은 태양풍으로부터 이 대기와 물을 보호합니다.
화성에서는 현재도 끊임없이 대기에 이산화탄소와 물이 공급되는 것 같지만 실제로는 대부분 태양풍에 의해 대기 성분을 잃고 있는 것으로 보입니다. (물론 화성에서도 계절에 따라서 이 성분들이 다시 얼음의 형태로 지상에 쌓이게 됩니다) 메이븐의 관측 결과는 이를 실제로 입증하고 더 구체적인 메카니즘을 알 수 있게 해줄 것으로 기대됩니다.
가능할지는 알 수 없지만 미래 인간이 화성을 개척하고 더 나아가 화성을 지구형 행성으로 만드는 테러포밍을 계획한다면 아마도 메이븐의 관측 데이터는 그 가능성 여부에 대한 중요한 자료를 제공할 것 같습니다.
참고
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