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화성의 물, 계절이 바뀔수록 예상보다 빠르게 말라간다

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화성의 물, 계절이 바뀔수록 예상보다 빠르게 말라간다

2020.01.10 17:59
화성 연구자들이 추측하는 과거 화성의 상상도다. 화성은 물이 풍부한 행성이었으나 현재는 극지에 얼음 형태로만 존재하는데, 화성의 물이 계절 변화에 따라 화성 밖으로 사라지는 것으로 나타났다. 미국항공우주국(NASA) 제공
화성 연구자들이 추측하는 과거 화성의 상상도다. 화성은 물이 풍부한 행성이었으나 현재는 극지에 얼음 형태로만 존재하는데, 화성의 물이 계절 변화에 따라 화성 밖으로 사라지는 것으로 나타났다. 미국항공우주국(NASA) 제공

화성은 40억 년 전만 해도 물이 풍부한 행성으로 추측되나 지금은 물이 많았을 때와 비교해 10%도 채 되지 않는 물만 얼음으로 극지에 남아있는 상태다. 화성의 대기에서 이론적으로 사라질 수 있는 물의 양보다 훨씬 많은 양이 화성 외부로 빠져나가고 있다는 연구결과가 나왔다. 대기 중으로 수증기가 과포화되면서 이런 현상이 발생하는데, 이는 화성의 계절 변화에 따른 것으로 나타났다.

 

안나 페도로바 러시아과학원 우주연구소 연구원은 프랑스 국립과학연구센터 등과 공동으로 화성의 대기 데이터를 분석해 화성 대기의 수증기가 예상보다 훨씬 과포화되며 대기 중에 머무르다 분해돼 화성 바깥으로 빠져나간다는 연구결과를 이달 9일 국제학술지 ‘사이언스’에 발표했다.

 

연구팀은 유럽우주국(ESA)과 러시아 로스코스모스 우주공사가 공동으로 추진한 화성 탐사 임무 ‘엑소마스’의 가스추적궤도선(TGO)이 2018과 2019년 화성의 대기를 측정한 데이터를 분석했다. 그 결과 80㎞ 이상의 고도에서 수증기가 예상치 못한 양만큼 축적된 것으로 나타났다. 이 시기에 대기가 온도와 압력을 고려해 이론적으로 허용할 수 있는 수치보다 10~100배 많은 수증기로 과포화된 것이다.

 

화성의 수증기는 극관의 얼음이 태양 빛을 받아 만들어진다. 지구라면 수증기가 대기 상층으로 올라갈수록 온도가 떨어지면서 먼지 등과 결합해 응축돼 구름으로 대기 상에 남는다. 하지만 화성은 지구와 같은 일이 발생하지 않은 채 수증기가 지구의 40%에 불과한 화성의 약한 중력을 이기고 더 높은 대기로 올라가는 것이다. 높은 고도에서 수증기는 자외선을 받아 수소와 산소 원자로 분해되고 결국 화성 밖으로 방출된다. 화성은 이같은 방식으로 장기간에 걸쳐 물을 잃은 것으로 보인다.

 

연구팀은 이처럼 물을 잃는 일이 봄과 여름에 주로 일어난다고 분석했다. 수증기가 대기 중에 과포화되는 현상은 온도가 상대적으로 높고 먼지 폭풍우가 치는 화성의 봄과 여름에 주로 나타났다. 연구팀은 “큰 바람이 부는 먼지 폭풍과 같은 불규칙한 사건은 계절 변화보다 영향이 적다”며 “계절 변화가 대기 중 물의 양을 주로 조절하는 것으로 나타났다”고 설명했다.

 

화성은 지구와 비슷한 사계절을 갖고 있다. 화성 자전축이 지구와 비슷하게 25.2도가량 기울어 있기 때문이다. 계절 변화를 만든 자전축 변화는 만들어진 것은 화산 폭발의 결과로 추측된다. 프랑스 천체역학 및 천문계산연구소 연구팀은 화성에서 가장 거대한 타르시스 화산이 35억 년 전 폭발하면서 엄청난 용암을 방출했고 지각과 맨틀이 이동하며 자전축이 기울어졌다는 연구결과를 2016년 국제학술지 ‘네이처’에 발표했다.

 

화성은 사계절에 따른 뚜렷한 대기 지표 변화를 보여주고 있다. 미국항공우주국(NASA) 연구팀은 화성탐사 로버 ‘큐리오시티’가 측정한 정보를 바탕으로 화성의 산소 농도가 여름에 늘었다 겨울에 줄어든다는 사실을 밝혀내 지난해 11월 국제학술지 ‘지구물리학연구 저널: 행성’에 발표했다. 산소 농도가 변하는 원인은 밝히지 못했으나 이는 큐리오시티가 2018년 밝혀낸 화성 대기 속 메탄의 변화와 일치하는 결과다. 메탄은 겨울에 지표면 얼음에 갇혀 있던 메탄이 여름에 녹으면서 방출된 것으로 확인됐다.

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