(Artist's illustration of Barnard b, which presents a similar color and appearance as Mars. The purpose of this study was to model how a Mars-like exoplanet orbiting Barnard's star would lose its atmosphere. Credit: ESO/M. Kornmesser)
화성은 한때 두꺼운 대기와 액체 상태의 물이 흘렀던 행성입니다. 하지만 약한 자기장으로 인해 태양의 항성풍을 막기 힘들었고 약한 중력으로 인해 우주로 떠나가는 입자를 잡아두기에도 힘들었습니다. 결국 대부분의 대기와 많은 물을 잃고 현재처럼 춥고 건조한 행성이 된 것으로 보입니다.
그런데 아마도 이와 비슷한 일이 태양보다 더 흔한 형태의 별인 적색왜성에서도 일어났을 것으로 생각할 수 있습니다. 적색왜성은 태양보다 매우 어둡고 작은 별이지만, 강력한 항성 플레어를 일으켜 주변 와계 행성의 대기를 날려 보낼 수 있기 때문입니다.
30여 명의 과학자들이 모인 국제 과학자 팀은 태양에서 두 번째로 가까운 적색왜성에 가성의 화성이 있다면 어떻게 될지를 검증했습니다. 지구에서 약 6광년 떨어진 M형 적색 왜성인 바나드 별(Barnard's star)을 공전하는 화성과 유사한 외계행성(Exo Mars, 외계 화성)을 시뮬레이션한 결과 과학자들은 금방 대기를 잃게 된다는 사실을 확인했습니다.
참고로 바나드 별은 태양 질량의 약 14%에 해당하며, 나이는 70억 년에서 100억 년 사이로 추정됩니다. 바나드 별이 젊은 M형 별들에 비해 활동이 매우 적은 것도 바로 나이 때문입니다. 젊은 M형 별들은 우리 태양보다 더 큰 태양 플레어를 일으키고 활발한 활동을 보입니다. 그래서 천문학자들은 이 별을 모델로 선택했습니다.
이 시뮬레이션에수 연구팀은 외계 화성을 바나드 항성에서 실제 화성의 궤도 거리인 1.52 천문단위(AU)보다 훨씬 가까운 0.087 AU의 거리에 위치시켰습니다. 이렇게 거리를 가깝게 설정한 이유는 화성이 태양으로부터 받는 것과 동일한 수준의 태양 활동과 복사 에너지를 시뮬레이션하기 위해서였습니다.
시뮬레이션 결과 외계 화성의 대기가 현재 화성의 대기와 같은 수준이라면 제거되는 데 약 35만 년이 걸리고, 지구 대기와 비슷한 수준인 경우 대기가 벗겨지는 데는 약 5천만 년이 걸릴 것이라는 결과가 나왔습니다.
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연구팀이 만든 외계 화성은 바나드 항성의 거주 가능 영역 바로 바깥쪽을 공전하지만, 거주 가능 영역 내에서 공전하는 행성이라면 외계 화성처럼 대기가 벗겨질 가능성이 높다고 추정합니다. 현재 바나드 항성에는 거주 가능 영역 안쪽 경계선 내에 작은 암석 행성 네 개가 공전하는 것으로 추정되는데, 이 행성들의 대기는 모델링된 외계 화성보다 훨씬 더 심각한 운명을 이미 맞이했을 가능성이 높습니다.
연구팀은 존재하는 것으로 추정되는 네 행성이 외계 화성보다 훨씬 빠르게 대기를 잃었을 것으로 보고 있습니다. 이 행성들의 1차 대기는 이론적으로 수소와 헬륨으로 구성되어 있는데, 이들은 이산화탄소보다 가볍기 때문에 더 쉽게 빠져나갑니다. 또 항성의 XUV(극자외선) 방출량과 항성풍의 속도가 지금보다 약 100배 더 컸던 항성 진화 초기 단계에서 대기가 이미 제거되었을 가능성도 높습니다.
결론적으로 우주에서 가장 흔한 적색왜성 주변의 생명체 존재 가능성이 있는 행성의 확률을 더 낮추는 연구 결과이지만, 어쩌면 이들 행성에도 자신만의 환경에 적응한 생명체가 지각이나 얼음 아래 존재할 가능성을 배제할 순 없을 것입니다. 앞으로 화성에 대한 연구가 이 질문에 대한 해답을 줄지도 모릅니다.
참고
https://phys.org/news/2026-03-mars-worlds-dwarfs-air-millions.html
David A. Brain et al, Atmospheric Escape Rates from Mars - If it Orbited an Old M-Dwarf Star, arXiv (2026). DOI: 10.48550/arxiv.2603.11561
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