태양계 이야기 980 - 초기 화성은 따뜻하고 물이 많은 환경이었다

(A 3D render of a blue wet planet. Credit: Planet Volumes/Anodé on Unsplash)

과학자들은 화성 표면의 지형과 로버에 의한 표면 지형 연구를 통해화성이 생성 초기에는 상당한 양의 물이 흘렀던 과거가 있었다는 사실을 확인했습니다. 아마도 초기 화성에는 지구처럼 두꺼운 대기와 바다가 존재했을 가능성이 높습니다.

SETI의 과학자인 카베흐 파흘레반 (Kaveh Pahlevan, SETI Institute)과 그 동료들은 큐리오서티 로버의 화성 암석 샘플 분석과 지구에서 수집한 화성 기원 암석을 이용해 중수소/수소 D/H 비율을 분석했습니다. 그리고 이를 통해 화성 생성 직후의 초기 환경 모델을 제시했습니다.

연구팀에 따르면 초기 화성에 지각이 형성된 직후에는 상당량의 수증기가 방출되어 대기에 존재했습니다. 다만 수증기는 무겁기 때문에 대기 아래층에 모인 후 응결되어 비로 내렸을 것입니다. 반면 초기 대기에 풍부했던 수소는 가볍기 때문에 대기 상부로 이동한 후 우주로 탈출했습니다.

하지만 우주로 대부분의 수소를 잃기 전 수소 분자 H2의 대기 중 밀도는 매우 높았습니다. 연구팀은 당시 대기 밀도가 지금의 1000배에 달할 수도 있다고 분석했습니다. 이렇게 고농도의 수소는 온실효과를 발휘해 태양이 지금보다 어두웠던 초기 태양계에서도 화성이 액체 상태로 물을 지닐 수 있게 도왔습니다.

그 증거로 연구팀은 지구에 떨어진 화성 운석의 중수소/수소 비율이 지구 암석과 유사하지만, 큐리오시티 로버가 확인한 화성 암석은 3배 정도 높다는 점을 제시했습니다. 무거운 중수소는 아래로 내려가는 특성이 있어 농축이 일어날 수 있습니다.

지구에 떨어진 화성 암석은 대부분 현무암으로 마그마가 녹아서 형성된 암석에서는 중수소/수소 비율이 지구의 바다와 비슷하지만, 농축이 일어난 퇴적암은 이 비율이 훨씬 높게 나타난 것입니다.

초기 화성은 지금과 달리 따뜻하고 물이 풍부한 환경이었습니다. 이 환경에서 생명체가 나타났다가 화성이 춥고 건조해지면서 사라졌는지 아니면 혹시 지금까지 어디선가 명맥을 유지하고 있는지 궁금합니다.

참고

https://phys.org/news/2022-09-clues-early-atmosphere-mars-planet.html

Kaveh Pahlevan et al, A primordial atmospheric origin of hydrospheric deuterium enrichment on Mars, Earth and Planetary Science Letters (2022). DOI: 10.1016/j.epsl.2022.117772

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