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태양계 이야기 1192 - 좀 더 실용적인 화성 테라포밍을 위한 에어로졸


 

(An imagined scene as terraforming begins on Mars. Credit: vecstock via Freepik.com)

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화성 테라포밍은 SF 영화나 소설에서만 다루는 주제가 아니라 실제로 과학자들도 진지하게 토론하는 주제 중 하나입니다. 화성을 지구처럼 따뜻하고 대기가 두꺼운 행성으로 만들기 위해 자주 거론되는 내용은 바로 화성 극지방에 있는 막대한 양의 이산화탄소를 기화시켜 온실효과를 강하게 유발하는 것입니다. 이를 위해 핵무기 사용 같은 과격한 방법이 거론되기도 합니다.

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그러나 2018년 발표된 연구에서는 핵폭탄을 사용해서 이산화탄소를 기화시키더라도 화성의 온실 효과를 현재의 6밀리바 기압에서 5°C에서 최대 20밀리바 기압에서 10°C 정도만 상승시킬 수 있다고 분석했습니다. 이전보다는 높아지긴 하는데, 평균 영하 55도인 화성 평균 기온을 따뜻하게 만들기에는 턱없이 부족한 수준입니다.

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지구물리학 연구 서신(Geophysical Research Letters) 에 발표된 논문에서 미국, 영국, 브라질 연구팀은 온실효과를 극대화할 수 있는 새로운 에어로졸 입자를 대안으로 제시했습니다. 연구팀이 제시한 에어로졸 입자는 두 가지 입니다.

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1. 그래핀 디스크(graphene disks): 직경 약 250 nm (주로 사용, 일부 1,000 nm 추가).

→ 열적외선(TIR, 특히 ~10 μm 파장)에서 공명 흡수(resonant absorption)를 일으키도록 전자적 특성을 조정(도핑)한 형태.

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2. 알루미늄 막대(Al rods / nanorods): 길이 약 8 μm, 직경 약 60 nm (종횡비 ~133:1).

→ TIR(~10 μm 및 ~20 μm)에서 흡수 + 산란을 동시에 일으키는 막대 형태.

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이 두 종류 모두 태양광(가시광선)과는 거의 상호작용하지 않으면서 열적외선(지표에서 방출되는 장파 복사)과는 강하게 상호 작용하도록 설계되었습니다. 이전 연구보다 질량당 열적외선 방사 효율이 2배 이상 높습니다.

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이 방식은 화성의 옅은 대기에서 훨씬 효과적으로 온도를 높일 수 있다는 게 연구팀의 주장입니다. 열적외선(8~20 μm 파장대, 화성 지표 방출 피크)을 강하게 흡수·산란하면서 가시광선(태양광)은 통과시키기 때문에 태양광을 막아 행성을 식히는 부작용 없이, 지표 복사(Outgoing Longwave Radiation)만 차단해 온실효과를 극대화할 수 있습니다.

연구팀은 3차원 글로벌 모델을 사용하여, 화성의 북반구 춘분부터 5년 동안 초당 3리터의 적외선 활성 알루미늄 입자를 방출하고, 이후 방출량을 초당 60리터로 증가시켰을 때의 화성 평균 표면 온도 변화를 비롯한 여러 결과를 발표했습니다. 약 8화성년 후, 표면 온도는 화성의 원래 온도보다 3~4°C 높았던 것에서 약 25°C까지 급격히 상승했고,약 15년 후에는 약 35°C 상승한 상태로 안정화되었습니다. 이 정도 온도 상승이면 화성 표면에 액체 상태의 물이 존재하기에 충분합니다.

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다만 이 시뮬레이션 결과는 지나치게 낙관적일 수 있습니다. 우선 화성 대기가 지금과 달리 따뜻해지고 이산화탄소 배출로 인해 밀도가 높아지면 현재와는 다른 특징을 지니게 될 가능성이 있습니다. 여기에 주기적인 거대 모래 폭풍 같은 화성의 대기 변화에 따라 에어로졸 입자들이 어떻게 될지도 불분명합니다. 물론 에어로졸 입자의 수명이 어느 정도 될지도 장담하기 힘들 것입니다.

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따라서 아직은 아이디어 수준이지만, 화성 테라포밍은 앞으로도 계속 흥미로운 제안들이 나올 수 있는 주제라고 생각합니다. 우리 세대에 실용적인 아이디어가 나오고 실제 시도에 들어갈 수 있을 것 같진 않지만, 상상해 보는 것 만으로도 충분히 흥미로운 이야기들이긴 합니다.

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참고

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https://phys.org/news/2026-03-terraforming-mars-aerosols-planet.html

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Mark I. Richardson et al, Atmospheric Dynamics of IR‐Active Particles Released From Mars' Surface, Geophysical Research Letters (2026). DOI: 10.1029/2025gl121051

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