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화성

제2의지구

글 한국천문연구원

화성은 영화와 소설의 소재로도 많이 사용되는, 태양계 행성 중 우리의 관심을 가장 많이 끈 행성이다. 지구에 가까이 있고, 여러 가지 에피소드에 의해 생명의 존재 가능성이 제기되어 신비감과 공포감을 동시에 가져다준 행성이 바로 화성이다. 이러한 관심은 마리너 6, 7, 8, 9호, 바이킹 1, 2호 등 많은 우주선들의 화성 탐사로 이어졌으며, 그 결과 제2의 지구, 화성에 대한 풍부한 자료를 확보함으로써 화성 연구에 많은 진척을 가져왔다.

 

제 2의 지구, 화성.

 

 

제 2의 지구, 화성은 어떤 모습일까?

화성의 대기는 아주 희박하다. 지표 부근의 대기압은 약 0.006기압으로 지구의 약 0.75%에 불과하다. 이렇게 희박한 대기는 중력이 작기 때문이다. 화성대기의 구성은 이산화탄소가 약 95%, 질소가 약 3%, 아르곤이 약 1.6%이고, 다른 미량의 산소와 수증기 등을 포함한다. 이는 금성과 매우 비슷한 대기의 구성이지만 금성에 비해 대기가 매우 희박하여 금성과 같이 높은 온도를 가질 수 없다.

 

2003년 지구에서 이루어진 망원경을 통한 관측으로 화성 대기에 메탄이 있다는 가능성이 제시되었다. 이어, 2004년에는 마스 익스프레스 탐사선(Mars Express)의 조사에 의해 사실상 메탄의 존재가 확인되었다. 화성에 메탄이 존재한다는 것은 매우 흥미로운 일이다. 왜냐하면, 화성의 환경에서 금방 소멸해버리는 메탄이 발견된다는 것은 어디선가 끊임없이(또는 적어도 최근 100년 이내) 보충받고 있음을 알려주는 것이기 때문이다. 가스의 생성원인으로는 화산활동이나 혜성의 충돌, 혹은 미생물 형태의 생명 존재 가능성 등을 생각해 볼 수 있으나 아직까진 모두 확인되지 않았다.


화성의 대기압은 약한 중력으로 인해 지구의 약 0.75%에 불과하다.

 

표면온도가 평균 -80°C로 낮은 화성의 극지방에는 빙관이 존재한다.


화성대기는 크게 변동하기도 한다. 겨울 몇 개월간 극지방에서 밤이 계속되면 지표는 매우 저온이 되고 대기 전체의 약 25%나 얼어버려서 대기압이 낮아진다. 이후 극에 다시 햇빛이 비추는 계절이 되면 얼었던 이산화탄소가 승화하여 극지방에 강한 바람이 발생한다. 생성된 강한 바람은 화성의 먼지 등을 이동시키며 이 현상을 먼지폭풍이라 한다. 이는 지구에서 바라보는 화성의 모습이 변하는 원인이 된다.

 

화성의 표면온도는 약 -140°C~20°C 정도로 평균온도는 약 -80°C이다. 이렇게 낮은 온도는 화성의 대기가 희박하기 때문에 열을 유지할 수 없기 때문이라 알려져 있다. 화성의 극지방에 존재하는 빙관 또한 낮은 온도로 인해 존재가 가능하다.

 

 

밝고 어두운 화성의 두 가지 얼굴

화성의 지형은 크게 두 개의 특징으로 나눈다. 북반구는 용암류에 의해 평평하게 만들어진 평원(북부평원의 생성 원인으로 대량의 물에 의한 침식설도 있다)이 펼쳐져 있으며 남반구는 운석충돌에 의한 움푹 팬 땅이나 크레이터가 존재하는 고지가 많다. 지구에서 본 화성 표면도 그 때문에 두 종류의 지역으로 나뉘어 양쪽의 밝기가 다르다. 밝게 보이는 평원은 붉은 산화철을 많이 포함한 티끌과 모래로 덮여 있으며 아라비아 대륙이나 아마조니스 평원 등으로 불린다. 반면에 어두운 곳은 바다로 생각하고 에리트레아 해(Mare Erythraeum, 라틴어로 홍해를 뜻함), 세이렌의 바다(Mare Sirenum), 오로라 만(Aurorae Sinus) 등으로 불리고 있다.

 

그리고 화성의 표면은 주로 현무암과 안산암의 암석으로 되어 있다. 이 두 가지는 지구 상에서 마그마가 지표 근처에서 굳어 생기는 암석이며, 포함된 이산화규소의 양으로 구별된다. 화성의 대부분의 지역은 미세한 티끌로 두께 수 m 혹은 그 이상 덮여 있다. 이 먼지들은 대부분 산화철로 되어 있어서 화성은 전체적으로 붉게 보인다.

 

화성의 표면 모습.

 

 

화성의 극지방에는 물과 이산화탄소의 얼음으로 된 극관이 있으며 화성의 계절에 의해 변화한다. 이산화탄소 얼음은 여름에는 승화하여 암석으로 된 표면이 나타나고 겨울에는 다시 얼음이 된다. 그리고 물의 얼음은 여름에도 계속해서 극관에 얼어 있다.

 

화성의 올림푸스 산(Olympus Mons)은 높이가 약 25km이며, 태양계 최고높이의 산이다. 이 산은 타르시스 고지라고 불리는 넓은 고지에 있다. 화성에는 태양계 최대의 협곡인 마리네리스(Valles Marineris) 협곡도 존재한다. 이 협곡은 길이가 약 3,000km, 깊이는 약 8km, 그리고 부분적인 폭이 500km에 달한다. 화성에는 많은 크레이터도 존재하는데 그중 최고는 헬라스 분지(Hellas impact basin)로 밝은 적색의 모래로 덮여 있다.

 

화성의 반지름은 지구의 절반가량인 약 3,400km이며, 질량은 지구의 1/10인 약 6.4x1023kg이다. 밀도는 3,930kg/m³이며, 지구에 비하여 작은 편이다. 이처럼 밀도가 작은 것은 화성의 내부구조가 지구와 다르다는 것을 의미한다. 내부의 무거운 핵이 상대적으로 작을 것이며, 지구의 핵보다 가벼운 원소로 이루어졌을 것으로 추측되고 있다.

 

 

불규칙하게 변하는 화성의 자전축

화성의 자전주기는 약 24시간 37분으로 지구와 거의 비슷하다. 자전축 또한 약 25° 기울어진 것이 지구와 비슷하다. 따라서 지구와 같이 계절의 변화가 생길 것이다. 하지만, 화성의 운동이 장기간 안정한지를 조사하기 위해 수행된 시뮬레이션의 결과로 화성의 자전축이 크게 변하는 현상이 일어나고 있다는 것을 발견했다. 화성의 자전축은 수백만 년에 걸쳐 불규칙하게 변동하고 있고, 이 변동은 태양과 다른 행성들과의 중력 상호작용에 의한 것으로 추정된다.

 

흥미 있는 것은 이러한 변동 현상의 시뮬레이션이 일반 상대성이론의 효과를 무시한다면 일어나지 않았을 것이라는 사실이다. 이것은 태양의 중력으로 인해 생기는 시공간의 휨이 화성 궤도에서도 영향을 주고 있는 것으로 보인다. 또한, 지구의 기울기는 우연적으로 생기지 않았음을 의미하고, 지구의 안정된 자전축은 거대한 위성인 달과의 상호작용으로 형성되었음을 알려준다.

 

태양과 화성 사이의 거리는 평균 1.52AU 정도로 화성의 공전 주기는 약 687일이다. 화성의 공전궤도는 약간 찌그러진 타원의 형태를 하고 있다. 이에 따라 지구와 가장 가까울 때는 0.37AU(약 5천 5백만km) 정도이다.

 

화성의 자기장 세기는 지구의 대략 1/800이라 알려져 있으며, 이는 매우 작은 값이다. 화성의 자전 속도는 지구와 비슷하며, 과거 화산활동을 근거로 액체의 내부가 있을 것이라 여겨진다. 따라서 화성은 어느 정도 강한 자기장을 가지고 있어야 한다. 하지만, 측정 결과 자기장이 매우 약했으며, 이 점은 보편적인 자기장 설명 이론인 다이너모이론으로 설명이 힘들다.

 

화성의 위성 포보스(왼쪽)와 데이모스(오른쪽)

 

 

화성에는 두 개의 위성, 포보스(Phobos)와 데이모스(Deimos)가 있다. 이 두 위성은 1877년 미국의 천문학자 홀(Asaph hall)에 의해서 발견되었다. 이 두 위성은 화성의 적도면 근처를 거의 원 궤도를 그리며 돌고 있다. 포보스는 타원체로 직경이 약 27km이며, 화성으로부터 약 9,380km의 거리에서 7시간 30분 정도의 공전 주기로 돌고 있다. 포보스는 화성의 자전 속도 보다 빠르게 공전하기 때문에 화성 지표면에서 보면 서쪽에서 떠서 동쪽으로 질 것이다.

 

데이모스는 타원체로 직경이 약 16km이며, 화성으로부터 약 23,500km 떨어져서 30시간 30분 정도의 공전 주기를 가지고 있다. 그리고 화성의 두 위성도 지구의 달과 같이 자전 주기와 공전 주기가 같아서 화성에 항상 같은 면만 향한다.

 

 

화성 탐사는 계속된다

화성탐사로버 스피릿이 기록한 화성의 지표 모습.

 

 

화성은 무인탐사선으로 여러 차례 조사되었다. 지표나 기후, 지형을 연구하기 위해 미국과 유럽 등에서 궤도탐사선, 착륙선을 비롯해 많은 탐사선이 화성으로 쏘아졌다. 화성을 향한 탐사선 중 약 2/3가 미션 종료 전에 또는 미션 시작할 때 문제가 생겨 실패하는 경우가 많았다. 이 높은 실패율의 원인은 기술상의 문제에 의한 것으로 보이나 딱히 생각되는 이유 없이 실패하거나 교신이 단절되는 경우가 많아, 연구원들 중에는 반 농담으로 지구-화성 간의 \'버뮤다 삼각지대\'라고 부르거나, 화성 탐사선을 조사하며 살고 있는 우주악령이 있다느니 ‘화성의 저주’라는 사람도 있다. 실제로 그런 것은 없지만, 그만큼 우주탐사가 쉽지 않음을 말해준다.

 

성공한 미션으로 미국의 마리너(Mariner spacecraft) 계획, 바이킹(Viking spacecraft) 계획, 마스 글로벌 서베이어(Mars Global Surveyor), 마스 패스파인더(Mars Pathfinder), 마스 오디세이(Mars odyssey) 등이 있다.

 

글로벌 서베이어는 1997년에 화성 궤도에 진입하여 협곡이나 액체가 흐른 자국의 사진 등을 관측했다. 2001년에 화성에 도착한 마스 오디세이는 화성의 남위 60도 이상 남극지방의 지하 약 3km 이내의 표토에는 대량의 얼음이 퇴적되어 있다는 것을 밝혔다. 그리고 2003년 유럽우주기구(ESA)는 마스 익스프레스 오비터(Mars express Orbiter)와 착륙선 비글2로 된 마스 익스프레스 탐사선(Mars express)을 쏘아 올렸다. 마스 익스프레스 오비터는 화성의 남극에 물과 이산화탄소의 얼음이 존재하는 것을 확인했다. 하지만 비글2는 착륙과 동시에 신호가 끊겼다.

 

같은 해 2003년에 미국항공우주국(NASA)은 스피릿(Spirit)과 오퍼튜니티(Opportunity)라고 명명된 두 대의 화성탐사로버(MER, Mars Exploration Rover)를 쏘아 올렸다. 두 대 모두 2004년 1월에 무사히 착륙하여 탐사 목표를 조사했다.

 

신화로 보는 화성

화성을 상징하는 기호.


화성의 이름 Mars는 로마신화의 신 마르스(그리스 신화의 전쟁의 신 아레스)에서 따온 이름이다. 이는 화성의 모습이 붉게 보여서 전쟁의 불길, 또는 피를 연상하기 때문에 지어진 것이다. 그리고 아레스의 두 아들 포보스와 데이모스는 화성의 두 위성의 이름이다.

 

동양에서 화성은 오행설에 근거한 초자연적인 명칭으로 학문상(천문사료)에서는 형혹(熒惑) 또는 형혹성이라 하였다. 화성이 전갈자리의 안타레스(황도 근처에 위치하기 때문에)에 접근하는 것을 형혹수심(熒惑守心)이라고 하여 불길한 전조라고 했다. \'심\'이란 안타레스가 소속한 성관(중국의 별자리)중 심수(이십팔수 중 하나로 동방청룡 칠수의 제5수)를 말한다.

 

 

 

관련링크 : 통합검색 결과 보기

 

 

 

태양계의 행성

태양수성금성지구화성목성토성천왕성해왕성

* 행성의 상대적 크기와 행성 간 거리는 임의로 조정되었다.

한국천문연구원 http://www.kasi.re.kr 

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의견 560의견쓰기

(0308****)

BEST숙제에 많은 도움이 되었어요. 감사합니다.

2013-08-07 21:41 | 신고

답글 0

258

석고탄 (rndl****)

BEST이산화탄소를 마구 집어넣으면 화성은 따뜻해집니다 대신 이산화탄소를 산소로 만들어내야하는데 그게 시간이 참..

2013-11-13 17:19 | 신고

답글 1

151

사랑 (dpdm****)

BEST숙제에 쓰는 자료로 참고할게요 감사합니답

2013-07-22 19:09 | 신고

답글 0

186

560

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