화성 / Mars : 태양계 네 번째 지구형 행성, 붉은 별 화성

이번엔 화성에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

태양계의 네 번째 행성이며 4개의 지구형

행성 중에 하나인 화성, 정확한 탐사 이전에는

물 자국이 보여 왠지 생명체가 살고 있을 거라

여겼던 화성, 이제 알아볼까요?

 

 

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1. 화성이란?

 

화성(火星, Mars)은 태양계의 네 번째 행성이며, 4개의 지구형 행성 중 하나입니다. 붉은색을 띠기 때문에 동양권에서는 불을 뜻하는 화(火)를 써서 화성 또는 형혹성(熒惑星)이라 부릅니다. 서양권에서는 로마 신화의 전쟁의 신 마르스의 이름을 따 Mars라 부릅니다. 오늘날 영어에서 3월을 뜻하는 March도 여기서 유래되었습니다. 지구와의 거리는 7,800만 km입니다. 화성의 지름은 지구의 약 1/2 정도며, 하루는 지구보다 41분 더 깁니다.

 

화성에는 생명체가 존재 할 것이라는 기대가 있었는데요. 그것은 바로 60년대 이전까지 화성의 극지방에서 밝고 어두운 무늬가 주기적으로 변화한다는 사실 때문이었습니다. 과학계 사람들뿐만 아니라 일반인들 조차도 화성에 대량의 물이 존재할 것이다, 농업을 위한 관개수로까지 존재하지 않을까 기대하게 되었습니다. 

 

이러한 기대는 매리너 4호가 1965년에 화성을 처음으로 근접 비행으로 화성에는 운하가 존재하지 않다는 사실이 밝혀졌습니다. 이후에도 물과 생명체의 발견에 대한 기대로 인하여 탐사선들을 보냈고 미생물을 찾기 위한 센서들이 탑재된 탐사선들은 화성에서 다량의 얼음이 발견했고, 생명체가 존재할 가능성을 다시 제기하게 되었습니다. 하지만 화성 표면에서의 액체상태의 물은 낮은 대기압으로 인하여 존재 할 수 없다는 것이 다시 밝혀졌습니다. 한편 화성의 극관은 물로 구성되어 있어, 이 극관에 존재하는 물은 화성의 표면을 11m 의 깊이로 뒤덮기에 충분히 많은 양이 존재한다고 합니다.

 

2016년 나사는 화성 표면 안에 얼음이 존재할 것이라고 새로운 발표를 하였습니다. 아직도 화성에 생명체가 존재 할 수도 있다는 기대는 존재하고 있고 그래서 증명 될 때까지 계속 탐사선을 띄우지 않을까 생각 됩니다.

 

화성의 자전 주기와 계절의 변화 주기는 지구와 비슷합니다. 화성에는 태양계에서 가장 높은 산인 올림푸스 화산이 있으며, 역시 태양계에서 가장 큰 계곡인 매리너스 협곡과 극관을 가지고 있습니다.

 

화성은 밤하늘에서 붉은 빛을 띠고 맨눈으로도 쉽게 관측이 가능합니다. 겉보기 등급은 -2.91등급으로 태양, 달, 금성, 목성 다음으로 밤하늘에 밝은 천체입니다. 이렇게 맨눈으로도 관찰 할 수 있는 별들을 직접 관찰해 볼 수 있는 기회를 가지시길 바랍니다.

 

그럼 이제 화성에 대하여 자세히 알아보도록 하겠습니다.

 

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2.    화성의 간단한 특성과 성질

 

1)   물리적인 특성

 

①    지구와 화성의 크기 비교

 

화성은 이름에서 보듯이 붉게 빛나서 타는 듯한 외형을 가지고 있습니다. 화성의 표면적은 지구의 4분의 1밖에 되지 않고 부피는 10분의 1밖에 되지 않습니다.

 

②    화성의 대기 및 표면

 

화성은 두 개의 작은 위성을 가지고 있고 대기권은 매우 얇으며, 표면의 기압은 7.5밀리바 밖에 되지 않습니다. 화성 표면은 95%는 이산화탄소로 덮여 있고, 그 외에는 3%의 질소, 1.6%의 아르곤, 흔적만이 남아 있는 산소와 2015년 NASA에서 발견한 액체 상태의 물이 포함되어 있습니다.

 

화성의 대기압은 0.7에서 0.9kPa로, 지구의 대기 밀도와 비교하면 1/100 정도로 매우 낮습니다. 대기가 적으므로 기압이 매우 낮아서 물이 있더라도 기압 때문에 빨리 증발하게 됩니다. 과학자들은 과거의 화성은 물이 풍부하고 대기도 지금보다 컸으리라고 추측합니다. 대기의 주성분인 이산화탄소가 얼어 거대한 극관을 형성하는 과정이 양극에서 교대로 일어나고 이산화탄소는 눈층을 형성하고 봄이 되면 증발하는 형식으로 추축하고 있습니다.

 

지구에서 본 화성의 표면은 확실히 두 부분의 구역으로 나뉘어져 있습니다. 먼지와 산화철이 섞인 모래로 뒤덮인 좀 더 창백한 부분은 한때 '아라비아의 땅'이라 불리며 화성의 대륙으로 여겨졌고, 어두운 부분은 바다로 여겨졌습니다. 지구에서 보이는 가장 어두운 부분은 시르티스 메이저(Syrtis Major)이며, 화성에서 가장 큰 분화구는 헬라스 충돌 분지 (Hellas impact basin)인데, 가벼운 붉은 모래로 덮여 있습니다.

 

③    지질

 

화성의 표면은 기본적으로 현무암으로 되어 있습니다. 화성 표면의 일부는 지구의 안산암과 같이 좀 더 이산화규소가 풍부하다는 증거가 있습니다. 이러한 관측은 규산염과 같은 유리의 존재를 통해서 설명될 수도 있기 때문에 정확하지는 않습니다. 표면의 대부분은 산화철의 먼지로 덮여있고 표면에서 발견된 암염이나 침철석과 같이 대체로 물이 존재할 때 생성되는 광물이 발견되었기 때문에 소량이라 하더라도 물이 존재했다는 결정적인 증거로 보고 있습니다.

 

④    화성의 자기장

 

화성에는 자체의 자기장은 없지만, 과거 행성 표면의 일부는 자화 된 적이 있다는 것이 관측을 통해 밝혀졌습니다. 화성에서 발견된 자화의 흔적인 고지자기는 지구의 해양지각에서 발견되는 교대의 띠 모양의 고지자기와 비교되어 왔습니다. 1999년~2005년에의 발표와 마스 글로벌 서베이어로부터의 관측 결과의 도움으로 재검토된 이론에 따르면, 이들 지자기의 띠들은 과거에 있었던 화성의 판구조 활동의 증거일 수 있습니다. 극 이동(polar wandering)으로도 화성에서 발견된 고지자기를 설명할 수 있습니다.

 

⑤    화성의 내부구조

 

화성의 내부는 지구와 마찬가지입니다. 밀도가 낮은 물질로 중첩된 고밀도 금속 중심부로 분화되어 있다고 예측하고 있습니다.

 

현재 내부 모델은 반경이 약 1,794 ± 65km(1,115 ± 40 mi)인 코어를 의미하며, 주로 유황 16–17%의 철과 니켈로 구성됩니다. 이 황화 철(II) 황화핵은 지구의 핵보다 가벼운 원소가 두 배 더 풍부하다고 추측됩니다. 중심부는 행성에서 많은 지각과 화산 형상을 형성한 규산염 맨틀에 둘러싸여 있지만, 휴면에 있는 것으로 예측합니다. 실리콘과 산소 외에 화성 지각에서 가장 풍부한 원소는 철, 마그네슘, 알루미늄, 칼슘, 칼륨입니다.

 

화성 지각의 평균 두께는 50km(31mi)이며, 최대 두께는 125km(78mi)로 지구 지각의 평균 40 km(25 mi) 보다 두껍습니다.

 

⑥    화성의 생성 역사

 

노아키안 시대는 노아키스 테라의 이름을 따서 붙여진 이름입니다. 화성의 형성으로부터 38억~35억 년 전까지의 시대입니다. 노아키안 시대의 표면은 많은 거대한 크레이터로 덮여 있었을 것입니다. 타르시스 벌지는 이 시대에 형성된 것으로 여겨집니다. 이 시대의 후기에는 엄청난 양의 액체 물에 의한 홍수가 있었다고 생각됩니다.

 

헤스퍼리안 시대는 헤스퍼리안 평원으로부터 이름이 붙여졌습니다. 35억 년 전부터 18억 년 전까지의 시대입니다. 헤스퍼리안 시대의 화성에서는 넓은 용암대지가 형성되었습니다.

아마조니안 시대는 아마조니스 평원의 이름을 따서 붙여졌습니다. 18억 년 전부터 현재에 이르는 시대이다. 아마조니안 지역은 크레이터가 거의 없으나 상당한 변화가 있는 지형입니다. 올림푸스 화산이 이 시대에 형성되었고, 다른 지역에서 용암류가 형성되었습니다.

 

마스 익스프레스 오비터의 OMEGA 가시광-적외선 광물학 매핑 스팩트로메터 자료를 기초로 또 다른 시대 구분이 제시되고 있습니다.

 

⑦    지형

 

화성의 지형에는 몇 가지 기본적인 특징이 있습니다. 화성은 극 지방이 언 물과 이산화탄소를 포함하는 얼음 지대로 덮여 있습니다.

또한 화성에는 발레스 매리너리스(Valles Marineris) 또는 화성의 흉터라고 불리는 태양계에서 가장 큰 협곡 지대가 있다. 이 협곡 지대는 4000km의 길이에 깊이는 7km에 이를 정도로 그 규모가 큽니다.

 

화성 북반구와 남반구 지형의 비대칭성은 매우 인상적입니다. 북쪽 부분은 용암층이 흘러내림으로 인해 평평하고, 남쪽은 고지대에 오래 전의 충격으로 인해 구멍이 파이고 분화구가 있습니다.

 

 

 

⑧    공전과 자전

 

화성의 궤도 이심률은 약 9%로 상대적으로 큰 편입니다. 태양계에서 이보다 더 이심률이 큰 궤도를 가지는 행성은 수성밖에 없습니다. 태양까지의 평균거리는 약 2억 2천만 km(1.5 천문단위)이며, 공전 주기는 686.98일입니다. 화성의 태양일(솔; sol)은 지구보다 약간 길어서 24시간 39분 35.244초 정도입니다.

화성의 자전축은 25.19도만큼 기울어져 있어서 지구의 기울기와 거의 비슷합니다. 그 결과 화성에서는 지구와 마찬가지로 계절이 나타납니다. 하지만 공전 각속도가 느리기 때문에 계절의 길이는 지구에 비해 약 2배정도 됩니다.

 

⑨    위성

 

포보스(Phobos)와 데이모스(Deimos)가 화성의 위성입니다.

이들은 늘 달 쪽으로 같은 면을 향하고 있습니다.

 

포보스는 직경 22.2 (27 × 21.6 × 18.8)km, 질량 1.08×1016 kg, 평균 궤도 반지름 9378km , 공전주기 7.66 시간 입니다. 포보스의 화성 주위 궤도가 화성 자체가 자전하는 속도보다 빠르며 아주 서서히 그러나 꾸준히 화성에 가까워지고 있습니다.. 언젠가 미래에는 포보스가 화성 표면에 충돌하게 될 것이라고 예측하는 이유입니다.

 

데이모스는 직경 12.6 (10 × 12 × 16)km, 질량 2×1015 kg, 평균 궤도 반지름 23,400km , 공전주기 30.35 시간 입니다. 반면에 데이모스는 충분히 멀리 떨어져 있고 서서히 멀어지고 있습니다.

       

⑩    생명체

 

액체상태의 물의 존재를 가지고 생명가능성을 논의했다는 사실은 앞에서도 설명하였습니다.. 이러한 생명가능성을 논하는 곳은 생명가능지대 내 입니다. 태양의 생명가능지대는 금성을 넘은 곳부터 시작하여 화성 부근 까지 존재합니다. 화성은 근일점에 도착하였을 때, 이 지대 안으로 들어가게 됩니다.

 

 하지만 화성의 옅은 대기가 액체상태의 물이 화성의 표면에 존재하는 것을 막기 때문에 화성의 과거 물의 흐름은 생명거주의 가능성을 보여주지만 최근 연구는 화성에 존재하는 물은 너무 염도가 높거나 산도가 높아 생명체가 존재할 수 없다는 것을 보여주고 있습니다.

 

화성에는 자기권이 없기 때문에 강렬한 태양풍을 막을 수 없습니다. 또한 화성의 옅은 대기로 인한 낮은 대기압으로 화성의 표면에 액체상태의 물의 형태가 유지 될 수 없습니다. 지질학적으로 화성의 화산 활동은 종결되어 화성의 내부 화학물질이 화성의 표면으로 순환이 되지 않습니다. 이러한 이유로 화성에는 생명체의 존재 가능성이 희박할 수 밖에 없다는 것입니다.