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美화성탐사선 큐리오시티 화성 샤프산의 비밀 밝혔다

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2019년 02월 01일 16:59 프린트하기

미국항공우주국(NASA)의 화성 탐사선 큐리오시티가 지난달 15일 촬영한 셀카. NASA 제공
미국항공우주국(NASA)의 화성 탐사선 큐리오시티가 지난달 15일 촬영한 셀카. NASA 제공

화성의 지반이 과학자들의 추측과 달리 단단하지 않고 속이 많이 비어있는 상태라는 분석 결과가 처음으로 나왔다. 화성의 지표를  파내려가 얻은 정보가 아니다. 스마트폰에도 있는 화성탐사선에 설치된 관성측정장치를 이용해 얻은 성과다.

 

케빈 루이스 존스홉킨스대 지구행성과학부 교수 연구팀은 미항공우주국(NASA)의 화성 탐사선 큐리오시티가 보내온 화성 중력 데이터를 분석해 화성의 지반이 다공성 물질로 이뤄진 것으로 추정한 분석 결과를 지난달 31일 국제학술지 ‘사이언스’에 실었다.

 

지난 2012년에 화성 게일 분화구에 내려앉은 큐리오시티는 지난달 15일 화성시간으로 2291솔에 촬영한 셀피 사진을 보내는 등 7년째 여전히 현역으로 활약하고 있다. 큐리오시티는 카메라로 주변을 찍고 표면에 구멍을 뚫어 지질 표본을 조사하는 등 여러 과학 임무를 수행하고 있다. 화성에서 물의 흔적과 유기물의 흔적을 찾는 성과도 거뒀다. 큐리오시티는 게일 분화구 중앙에 위치한 분화구 바닥으로부터 5.5㎞ 높이의 샤프산을 오르고 있다.

 

화성 지도에 나타낸 큐리오시티의 이동 경로. NASA 제공
화성 지도에 나타낸 큐리오시티의 이동 경로. NASA 제공

큐리오시티의 장치 중 하나로 로버관성측정장치(RIMU)가 있다. 가속도계와 각속도계, 자기계로 구성돼 속도와 방향, 움직임을 측정하는 장치다. 스마트폰에도 들어가는 관성측정장치와 크게 다르지 않으나 훨씬 정밀하다. 로버의 움직임을 도울 뿐 과학 연구에 직접 쓰는 장치는 아니다.

 

연구팀은 RIMU의 가속도계가 측정하는 화성 중력값을 분석하자는 아이디어를 냈다. 중력은 물체가 서로를 끌어당기는 힘이다. 사람이 지구에서 멀어진다면 지구 중심과 거리가 멀어지며 중력도 감소한다. 지구 표면 10㎞ 위에 떠서 중력을 측정하면 중력의 0.3%가 감소한다. 하지만 산을 오를때는 다르다. 산의 질량에 의한 중력도 고려해야 한다. 고도가 올라가도 아래에 무엇이 있느냐에 따라 중력이 떨어지는 정도가 다른 것이다. 연구팀은 큐리오시티가 샤프산을 오를 때 떨어지는 중력값으로 산 전체의 밀도를 역산했다.

 

큐리오시티의 가속계를 이용해 측정한 화성의 중력값 그래프. 큐리오시티가 1600화성일이 넘는 시간동안 샤프산을 오르며 측정한 중력값을 통해 연구팀은 샤프산의 밀도를 계산해냈다. 케빈 루이스 제공
큐리오시티의 가속계를 이용해 측정한 화성의 중력값 그래프. 큐리오시티가 1600화성일이 넘는 시간동안 샤프산을 오르며 측정한 중력값을 통해 연구팀은 샤프산의 밀도를 계산해냈다. 케빈 루이스 제공

연구팀은 큐리오시티가 보내온 위치 정보와 RIMU가 측정한 화성의 중력값을 통해 큐리오시티가 지나간 땅 아래 수백미터의 암반 평균 밀도를 계산했다. 중력 감소량을 통해 계산한 샤프산의 암반 밀도는 세제곱미터(㎥)당 1680㎏이었다. 큐리오시티에 탑재된 화학과 광물학 측정 장비가 조사한 화성 표면의 광물 결정의 밀도인 세제곱미터(㎥)당 2810㎏의 60% 수준이다. 연구팀은 샤프산의 땅속은 단단하게 압축되지 않고 내부에 공간이 많은 다공성일 가능성이 있다고 결론 내렸다. 

 

연구진은 이전에 과학자들이 추측한 가설 중 하나를 부분적으로 지지하는 결과라고 덧붙였다. 과학자들은 화성 지표로부터 최대 4.6㎞ 깊이를 가지는 게일 분화구와 의 샤프산 형성에 대해 몇 가지 가설을 갖고 있었다. 하나는 거대한 퇴적암으로 이뤄졌던 게일 분화구가 침식되며 남은 흔적이라는 가설이다. 다른 하나는 샤프산은 주변에서 날아온 입자가 퇴적돼 형성됐다는 가설이다. 샤프산의 땅이 단단하게 압축돼 있지 않다면 분화구가 형성된 이후 샤프산이 생겨났다는 가설이 조금 더 힘을 얻는다.

 

연구에 참여한 애슈윈 바사바다 NASA 제트추진연구소(JPL) 연구원은 “샤프산이 어떻게 형성됐느냐는 여전히 의문이 남지만 이 연구는 샤프산 형성에 관한 퍼즐의 중요한 조각을 제공한다”며 “창의적인 과학자와 공학자가 여전히 혁신적인 방법으로 큐리오시티를 통해 새로운 과학 발견을 이루고 있다”고 말했다.

 

화성 게일 분화구내 샤프산 기슭 모습(큐리오시티가  2012년 100mm 마스트카메라로 촬영). NASA
화성 게일 분화구내 샤프산 기슭 모습(큐리오시티가 2012년 100mm 마스트카메라로 촬영). NASA

 

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