화성은 태양계의 내행성으로 분류되며, 4개의 지구형 행성 중 하나입니다. 태양을 중심으로 네 번째에 위치해 있으며, 그 거리는 약 1.5 AU 떨어져 있습니다. 화성 표면의 철의 산화에 의해 붉은색을 띠며, 밤하늘에서 맨눈으로도 관측할 수 있는 태양계에서 5번째로 밝은 천체입니다. 오늘은 이 화성에 대해 자세히 알아보겠습니다.
*목차*
1. 화성의 특징
1.1. 제 2의 지구
- 화성의 가장 큰 특징은 지구와 같은 암석형 행성이며, 지구로부터 가장 가깝기 때문에 제2의 지구로 생각하고 다른 어떤 행성보다 화성에 대한 정보를 얻기 위해 노력하고 있습니다. 이러한 생각의 바탕에는 바로 물의 존재입니다.
- 1960년대 이전부터 화성은 지구상에서 관측했을 때 극지방에서 밝고 어두운 무늬가 주기적으로 변화하는 것이 확인되었습니다. 이 관측결과를 바탕으로 많은 과학자들이 화성에는 많은 물이 존재할 것이며, 이 극지방에서 확인되는 어두운 무늬의 변화는 거대한 운하의 모습일 것이라고 생각했기 때문입니다. 하지만, 1965년 매리너 4호가 화성의 근접 비행을 하며, 관측한 결과 화성에는 기대했던 거대한 운하와 물을 가지고 있지 않음이 확인됐습니다.
1.2. 화성 탐사가 필요한 이유
- 인류가 화성에 대한 탐사를 가장 활발하게 수행하는 이유는 바로 생명체의 존재가 액체 상태의 물의 유무를 가지고 판단하기 때문입니다.
- 따라서 태양계에서 액체 상태의 물이 존재할 가능성은 금성을 넘은 곳에서부터 화성 부근까지로 판단하고 있으며, 이에 따라 생명체의 존재 또한 이 범위 안에 있을 것으로 여겨지고 있기 때문에, 다른 행성보다 훨씬 많은 탐사가 추진되고 있습니다.
1.3. 화성 탐사를 위한 탐사선들
- 인류는 화성에서 물과 생명체의 발견에 대한 기대를 품고 수많은 탐사선들을 화성으로 보냈습니다. 하지만 화성의 탐사는 쉽지 않았고, 수많은 무인 탐사선들 중 몇몇만이 성과를 얻을 수 있었습니다.
- 그중 대표적인 무인 탐사선으로 1976년에 화성 표면에 성공적으로 착륙한 바이킹 호가 있습니다. 그 후로도 마스 패스파인더(1997), 마스 글로벌 서베이어(1996~), 피닉스(2008), 퍼서비어런스(2021) 등이 있으며, 이 무인선들의 성공적인 탐사를 통해 화성의 표면, 대기권, 그리고 화성 내부에 대한 전체적인 연구가 수행될 수 있었습니다.
- 이 탐사선들은 인간이 어떤 조건으로 화성에 착륙하고 조사해야 하는지와 같은 유인 탐사선 계획까지 발전시킬 수 있었습니다.
2. 화성의 구조
2.1. 정확한 구조 파악이 어려운 화성
▶ 화성은 지구형 행성으로 핵, 맨틀, 지각으로 구성될 것으로 그동안 추측하고 있었습니다.
- 화성은 화산 활동이나 지진과 같은 지각 운동이 발생하지 않아 지구에서 관측할 수 있는 데이터가 없기때문에 그 동안 화성의 정확한 내부 구조를 판단하는데 어려움이 있었습니다.
2.2. 인사이트호의 화성 구조 분석
▶ 2018년 화성 탐사선 인사이트호에 의해 수집된 관측 데이터를 기반으로 2021년 화성의 구조에 대해 보다 명확한 해답이 제시되었습니다.
- 화성의 구조는 예상했던 것과 같이 핵, 맨틀, 지각으로 구성되며, 핵의 크기가 예상했던 것보다 크고 지구와 마찬가지로 맨틀 운동을 하고 있다는 점이 주요 관측 결과였습니다.
- 포착된 지진파 정보를 종합하여 과학자들은 화성의 지각 두께를 최소 20km에서 최대 72 km로 추정했으며, 지구의 지각 두께(바다판: 5~10 km, 대륙판: 40~50km)보다 조금 두껍다는 결론을 내렸습니다.
- 지각 아래 맨틀은 깊이 약 800km까지 이어진다는 사실을 확인했는데, 그 중 500 km 지점까지는 굳은 암석권이 존재하고, 그 아래층에는 유동성이 있는 층이 존재한 다는 것을 확인할 수 있었습니다. 이는 지구와 같이 화성의 맨틀도 상부와 하부로 나뉘며 그중 하부 맨틀은 지각판을 움직이는 운동을 하고 있다는 결과였습니다.
- 인사이트호의 분석 결과는 화성의 핵의 반지름은 약 1835 km로 지구의 핵보다는 작은 크기인것으로 나타났습니다. 과학자들은 화성의 밀도가 지구보다 낮고 철과 니켈 같은 무거운 원소로 구성된 핵이 화성에서 차지하는 비율이 작을 것으로 예상했기 때문에 기존에 핵의 반지름을 1400 km 로 예측하고 있던 것과는 다른 분석 결과를 확인 할 수 있었습니다.
2.3. 인사이트호의 화성 구조 분석 방법
- 화성에서 직접 지진파를 이용해 분석한다는 아이디어는 화성은 지각운동이 없지만, 지각이 차가워지면서 갈라지는 현상이 나타난다는 것에서부터였습니다. 이 현상을 지진과 같은 현상으로 보고 이때 발생하는 지진파를 탐구하기 위해 화성탐사선 인사이트호는 지진계를 포함하여 2018년에 발사하게 됐습니다.
- 같은 해 말 화성탐사선 인사이트호는 화성의 엘리시움 평원에 성공적으로 착륙하여, 화성 구조 파악을 위한 돔형태의 지진계를 설치했습니다. 이 지진계를 통해 2018 ~ 2021년 4월까지 500차례가 넘는 규모 2~4가 넘는 지진을 관측할 수 있었으며, 지구와 마찬가지로 P파(종파), S파(횡파) 형태의 지진파를 포착할 수 있었습니다.
2.4. 인사이트호의 화성 구조 분석 현황
- 현재까지도 인사이트 탐사선에 포함된 각종 연구설비를 통해 연구와 관측이 계속되고 있으며, 이 연구 성과를 통해 화성의 모형을 더 정교하게 다듬고, 화성의 비밀을 풀어낼 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.
- (2023.07 추가) 인사이트 탐사선에 설치된 지진계를 이용해 화성의 핵이 액체라는 잠재적인 증거라 지난 7월 발견됐으며, 추가적인 분석 결과 철과 유황의 합금으로 구성된 액체 상태의 핵인것으로 연구 보고됐습니다.
- (2023.08 추가) 최근 8월 인사이트 탐사선으로 부터 추가 확인된 사항이 있습니다. 바로 화성의 자전 속도가 매년 4 ms (1000분의 1초) 씩 빨라지고 있다는 것입니다. 정확한 원인이 분석되지는 않았지만 자전속도가 점차적으로 빨라짐에따라 화성의 하루는 점점 짧아지고 있습니다.
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