태양계 이야기 508 - 화성의 모래 폭풍

(This graphic presents Martian atmospheric temperature data as curtains over an image of Mars taken during a regional dust storm. The temperature profiles extend from the surface to about 50 miles up. Temperatures are color coded, from minus 243 degrees Fahrenheit (purple) to minus 9 F (red). Credit: NASA/JPL-Caltech)

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 지난 10여년 간 화성 주변을 공전하면서 화성의 정보를 수집한 나사의 MRO 탐사선 덕분에 과학자들은 화성에 대한 매우 상세한 정보를 수집할 수 있었습니다. MRO는 지금까지 화성에서 6번의 화성년 (Martian year)를 보냈는데, 이는 화성의 봄여름가을겨울을 6번 관측했다는 의미입니다. 과학자들은 그 데이터를 분석해서 화성에서 발생하는 거대 모래 폭풍의 패턴을 알아낼 수 있었습니다.

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 화성 대기 밀도는 지구의 1% 미만에 불과합니다. 매우 건조해서 수증기 역시 지구의 1/1000 미만이라 지구처럼 다양한 기상활동을 보기도 어렵습니다. 하지만 행성의 뒤덥는 거대한 모래 폭풍이 발생한다는 특징을 가지고 있습니다. 이는 화성 표면에 미세한 모래 및 먼지 입자가 많고 중력이 지구의 1/3 수준이라는 점에 기인합니다.

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 나사 제트 추진 연구소의 데이빗 카스(David Kass of NASA's Jet Propulsion Laboratory)​와 그의 동료들은 계절적인 패턴과 거대 먼지 모래 폭풍이 생성되는 메카니즘을 규명했습니다.

 모래 폭풍 자체는 화성 표면의 온도차에 의한 바람에 의해서 발생합니다. 화성은 바다가 없기 때문에 온도 변화가 극심하므로 낮은 밀도에도 불구하고 생각보다 빠른 바람이 불 수 있습니다. 한 가지 흥미로운 사실은 이 모래와 먼지가 바람에 날리면 그 자체로 태양에너지를 흡수할 수 있다는 것입니다. 화성 대기의 밀도가 낮아서 먼지 입자가 흡수할 수 있는 태양 에너지가 상대적으로 크기 때문입니다.

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 연구팀은 이런 먼지를 포함한 공기가 깨끗한 공기에 비해서 최대 섭씨 35도 정도 온도가 높다는 것을 발견했습니다. 이런 온도차이는 더 강한 바람을 불게 만들어 행성의 절반 이상을 덮는 거대 폭풍을 오랜 시간 지속시키는 것으로 보입니다. 물론 큰 바다가 있고 수증기와 대기의 밀도가 높은 지구에서는 이 정도의 거대 폭풍은 보기 어렵습니다.

 그런데 화성의 모래 폭풍에도 여러 가지 종류가 존재하는 것 같습니다. 연구팀은 Type A, B, C의 세가지 종류를 발견했습니다. Type A는 봄철 남반구에서 발생하는 것으로 이 지역이 따뜻해지면서 모래 폭풍이 생기고 다시 이 폭풍이 에너지를 더 흡수해서 커집니다. Type B는 남반구의 여름이 시작되기 전에 남극 주변의 빙관이 가열되면서 국지적으로 발생하는 것이며, Type C는 Type B가 끝난 후 북극에서 시작되는 폭풍입니다.

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 화성의 기후 패턴, 특히 모래 폭풍은 미래 화성 무인 임무나 유인 임무에서 매우 중요한 이슈입니다. 영화 마션에서처럼 우주 비행사가 날아갈 정도는 아니라도 미세 먼지 폭풍이 중요한 관측 기기와 태양광 패널에 중대한 영향을 미칠 수 있기 때문이죠. 이번 연구는 그런 점에서 중요한 의미가 있을 것 같습니다.

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 참고

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​D. M. Kass et al. Interannual similarity in the Martian atmosphere during the dust storm season,Geophysical Research Letters (2016). DOI: 10.1002/2016GL068978                                        

http://phys.org/news/2016-06-mars-orbiters-reveal-seasonal-storm.html#jCp