화성의 지질학, 대기, 탐사의 역사

화성은 수 세기 동안 인간의 상상력을 사로잡은 신비로운 행성 중 하나입니다.

붉은 행성으로 알려진 화성의 미스터리는 지금까지 많은 우주 임무와 주요 프로젝트의 주제였으며 과거부터 지금까지 인간의 상상력을 자극하는 경이로운 세계입니다.

이번 게시물에서는 화성의 지질학, 대기, 화성 탐사의 역사에 대하여 알아보겠습니다.

 

 

 

1. 화성의 지질학

화성의 지질학적 지형은 화산 활동, 충돌 분화구, 협곡 및 계곡 등으로 이루어져 있습니다. 화성의 표면은 말라버린 강바닥과 과거 물 침식의 증거로 덮여 있어 한때 물이 화성 표면에 존재했음을 암시합니다.

이 중에서 화성의 화산과 충돌 크레이터는 행성의 역사와 진화에 대한 중요한 연구의 대상입니다.

화성은 높이가 22km이고 태양계에서 가장 큰 화산인 올림푸스 몬스(Olympus Mons)를 포함하여 태양계에서 가장 큰 화산 중 하나입니다. 또한 올리푸스 몬스 화산은 태양계에서 가장 활동적인 화산 중 하나이며, 최근 화산 활동은 2백만 년 전에 발생했다고 추측하고 있습니다.

이 화산은 마그마가 표면으로 올라오면서 수백만 년에 걸쳐 성장한 방패 모양의 화산으로 만들어졌습니다.

특이한 것은 화성에서는 지각판 운동이 없어서 화산이 판 경계에 크게 방해받지 않고 커질 수 있다는 것을 보여주고 있다는 것입니다.

화성의 적에 위치한 올림푸스 몬스 화산은 대략 미국의 애리조나 크기에 해당하는 지역을 덮고 있는 순상 화산입니다.

여기서 순상 화산(shield volcano)은 이름처럼 화산의 형태가 방패 모양을 닮았기 때문에 순상 화산이라 불리며, 이런 형태를 지니고 있는 이유는 유동성이 큰 현무암질 용암이 누적되어 생성되기 때문입니다.

화성의 크레이터 중 대표적인 게일 분화구(Gale Crater)는 화성의 적도에 위치하고 지름은 약 154km입니다.

분화구를 만든 충돌은 수십억 년 전에 발생했으며, 그 충격은 화성 지각을 통과할 만큼 강한 충격파를 생성하여 손상을 일으키고 분화구를 만들었을 것입니다. 이후 게일 분화구는 퇴적물과 그 잔해로 채워졌습니다.

2012년 NASA의 탐사 로봇 큐리오시티는 게일 분화구에 착륙하여 과거 물 활동의 증거를 발견했으며, 유기 분자까지 발견하여 과거 화성에 생명체가 존재했을 가능성을 시사했습니다. 

 

 

2. 화성의 대기

화성의 대기압은 0.6 ~ 1.0kPa로 지구의 대기 밀도와 비교하면 1/100 정도로 매우 낮습니다.

대기는 주로 소량의 질소, 아르곤 및 산소와 함께 이산화탄소(95%)로 구성됩니다.

화성은 대기가 적으므로 기압이 매우 낮고 물이 있더라도 낮은 기압 때문에 유지할 수 없고 빨리 증발하게 됩니다.

화성의 얇은 대기로 인하여 화성은 -143 ~ 35도에 이르는 극심한 온도 변화를 보입니다.

화성의 대기는 또한 지구에 비해 태양풍과 복사에 훨씬 민감합니다.

과거 화성은 태양풍을 막을 수 있을 만큼 충분히 강한 자기장을 가지고 있었으리라 여겨집니다.

그러나 어떤 이유로 40억 년 전에 자기권을 잃었는데 이는 태양에서 온 하전 입자에 의한 지속적인 폭격이 화성 전지권과 상호작용하여 외부 층의 가스와 분자를 제거하면서 대기 밀도를 낮춘 것으로 추측합니다.

또한 화성의 대기에 주성분인 이산화탄소가 얼어 거대한 극관을 형성하는데, 이것은 북극과 남극에서 교대로 일어나며, 이산화탄소는 눈 층을 형성하고 봄이 되면 증발합니다.

생명체가 살기 힘든 환경을 제시하는 화성의 대기에도 불구하고 인간이 지구 외 행성 이주를 한다면 제일 먼저 화성을 뽑는 이유는 미래에 인간이 살 수 있는 테라포밍 가능성을 열어두고 있기 때문입니다.

여러 가지 테라포밍 제안 중 하나는 메탄과 같은 온실가스를 대기에 도입하여 두께와 열 유지 능력을 증가시키는 것입니다.

이것은 행성의 온도를 높이고 잠재적으로 생명이 살아갈 수 있는 환경 조성을 더 적합하게 만들 것입니다.

 

 

3. 화성 탐사의 역사

화성은 태양에서 네 번째 행성이며 태양계에서 두 번째로 작은 행성입니다.

밤하늘에 붉은색을 띠기 때문에 로마 전쟁의 신의 이름을 따서 명명되었습니다.

그러나 바빌로니아, 그리스, 이집트와 같은 고대 문명도 행성을 관찰하고 이름을 지정하여 각자의 전쟁의 신과 연관 지어 이름을 부여했습니다. 화성의 붉은색은 그들에게 전쟁을 생각하게 했을 것으로 추측합니다.

화성에 대한 최초의 기록된 관측은 기원전 2000년 바빌로니아인들에 의해 거슬러 올라갑니다.

또한 1659년 이탈리아의 천문학자 조반니 카시니는 망원경을 통해 화성을 관찰하고 행성의 자전 주기를 처음으로 정확하게 측정했습니다.

20세기가 되어서야 인간이 화성을 직접 탐사하기 시작했습니다.

화성 탐사에 대한 첫 번째 임무는 1960년에 소련이 Marsnik 1호 탐사선을 발사했습니다.

비록 이 임무는 화성 표면에 도달하는 데 실패했지만, 소련은 다음 해에도 계속해서 화성에 탐사선을 보냈습니다.

1965년 NASA의 Mariner 4호와 Viking 1, 2호와 같은 우주 탐사선이 행성 표면과 대기에 대한 최초의 이미지와 데이터를 제공했습니다. 화성의 탐사는 21세기에 더욱 활발하게 진행됐습니다.

NASA의 화성 탐사 로봇과 큐리오시티 로봇이 화성의 고대 물의 존재했을 증거를 발견하면서 화성 탐사의 가장 주목할 만한 성과를 냈습니다. 또한 유럽우주국의 마스 익스프레스 궤도선은 2018년 화성 지하 호수의 증거를 발견해 화성에 생명체가 과거에도 존재했고, 지금도 존재할 수 있다는 가능성을 보여줬습니다.

현대 화성의 탐사는 NASA의 퍼서비어런스가 화성에 무사히 도착해 표면 탐사 임무를 수행 중이며, 유럽우주국의 ExoMars가 화성을 탐사할 준비를 하고 있습니다.

SpaceX와 같은 민간 기업들도 화성 탐사에 박차를 가하고 있습니다. 그들은 이른 시일 내에 화성에 인간을 보낼 계획까지 가지고 있습니다. 화성의 탐사는 고대 인간이 하늘을 바라보고 호기심에 별들을 관찰할 때부터 이미 계획되어 있다고 볼 수 있습니다. 과거 관측에서 현대 로봇 탐사 그리고 미래 인간이 탐사하는 날까지 화성의 탐사는 계속될 것입니다.