화성관련된 것과 위성 사진 등 ..

1. 화성의 일반적 특성

 

 

 화성은 태양계의 네번째 행성으로 군신 마르스 (Mars) 의 이름을 딴 별이다. 이 작은 지구형 행성은 영화와 소설에서 자주 등장하는 화성인 (?) 들로 인해 우리에게 매우 친숙한 별이다. 이 붉은 행성은 그 색깔 때문에 불 화(火)자를 써서 화성 혹은 형혹성으로 불리웠다고 한다.

 

 

 

 (붉은 행성 - 화성)

 

 

 사실 화성이 우리에게 친숙한 행성이기 때문에 잘 못 알면 거의 지구만한 크기의 별로 잘 못 알 수도 있지만 사실 지구보단 꽤 작은 별이다. 화성의 지름은 6804km 로 지구의 53%에 불과하며 (한마디로 지구의 1/2 축소 모델) 표면적은 1/4 정도이다.

 

 

 

 

 

 중력도 지구 중력의 37.6%로 지구의 1/3이다. 달 중력이 지구 중력의 1/6 이고 달 지름의 지구의 1/4이니 화성은 거의 지구와 달 사이 크기로 보면 된다. 밀도는 3.934 g/cm³으로 지구보다 낮다. 앞서 수성의 포스트에서 말했듯이, 중력이 작은 만큼 압축도 덜 되기 마련이기 때문이다.

 

 

 

(화성은 지구와 달리 판 구조는 없고 비교적 낮은 밀도의 핵과 맨틀만이 있다고 생각된다)

 

 

 

 (다시 한번 지구형 행성의 크기 비교 화성은 수성보다 좀 크고 달과 지구 사이 크기이다. 왼쪽에서 부터 수성 - 금성 - 지구 - 화성 순이다)

 

 

 

 공전 궤도는 1.52AU, 이심률은 0.093 정도로 비교적 원에 가까운 궤도로 태양 주위를 공전한다. 금성과 더불어 지구에 가장 가깝게 접근하는 천체로 가까이 올때는 5천만 km 까지 근접하지만 멀때는 4억 km 까지 멀어진다.

 

 

 화성은 2년 2개월 마다 지구에 근접하며, 하루의 길이는 24시간 37분으로 지구와 비슷하다. 자전축이 25도 기울어져 있어 계절의 변화도 있다는 점도 비슷하다. 또 물의 존재가 거의 확실시되는 행성이기도 하다. 크기는 달라도 여로 모로 지구와 닮은 점이 있는 것이다.

 

 

 화성은 포보스와 데이모스라른 두개의 감자처럼 생긴 작은 위성을 데리고 있는데, 혹시 화성 주변을 어슬렁 거리던 소행성이 화성 중력에 포착된 게 아닌가 생각하고 있다.

 

 

 

 (포보스 - 크기는 22.2 (27 × 21.6 × 18.8) km 이다. 공전 주기는 7.66시간)

 

 

 

 (데이모스 -12.6 (10 × 12 × 16) km 의 크기로 30.35시간 을 주기로 공전한다)

 

 

 

 

 

 

 2. 화성의 대기와 기후

 

 

 화성의 대기는 매우 희박하다. 그러나 앞서 소개한 수성과는 비교할 수 없이 두터운 (?) 대기를 가지고 있다. 화성의 대기는 지구 대기의 1/100 이하로 7.5 밀리바의 기압밖에 되지 않는다. 주 성분인 이산화탄소는 95%이며, 소량의 아르곤, 질소, 산소, 수증기가 있다. 이상하긴 하지만 금성, 지구, 화성으로 오면서 기압이 100단위씩 내려가는 듯 하다.

 

 

 언뜻 생각하기엔 있으나 마나한 희박한 대기라고 생각할 수 도 있을 만큼 옅은 대기이긴 하지만 이 대기가 화성에 여러가지 기상현상을 일으키니 재미있는 일이다. 그리고 인간의 관점에서 보면 이 대기를 이용해서 탐사선이 낙하산으로 착륙을 할 수 있다는 장점이 있다.

 

 

 전반적인 기후는 춥고 건조한 사막 행성이다. 평균 기온은 섭씨 -63도 이며, 최저 섭씨 - 140도, 최고 섭씨 20도 정도로 생각된다.

 

 

 화성에는 바람과 관련된 여러가지 지형과 기상 현상이 있다. 그 중 하나로 이 붉은 행성에는 더스트 데블 (Dust Devil) 이라는 회오리 바람에 의한 지형이 존재한다. 지구에서도 볼 수 있는 소용돌이 바람에 의해 지표가 할퀸 듯 자국이 남는 것이다.

 

 

 

 (탐사선이 포착한 화성의 소용돌이)

 

 

 (더스트 데블의 사진 - 화성에 보네진 탐사 우주선들이 보네온 선명한 위성 사진을 통해 우리는 태양계 행성 중 화성에 대해 가장 잘 알고 있다)

 

 

 화성은 행성 전체가 뒤덮히는 대규모 모래 폭풍이 발생하는 경우가 있다. 이것은 바람에 의해 올라간 모래 먼지가 태양열을 흡수하고, 그 열에 의해 뜨거워진 폭풍이 더 많은 에너지를 흡수 더 거대한 폭풍이 되기 때문으로 생각된다. 폭퐁의 속도는 초속 100미터 이상의 강풍이다.

 

 

 

 

 (화성의 모래 폭풍 - 중간 이후에 이미지가 흐릿해지는 것은 폭풍 때문이다. 이 폭풍은 몇달간 지속되기도 한다)

 

 

 거대한 사막 행성인 화성에는 지구와 비슷한 지형들이 많다. 그 중에 바람과 관련 형성되는 지형 중에 하나가 바로 사구이다. 이 사구를 보면 지구의 사막으로 착각하기 딱 알맞다. 사구 저편에서 낙타를 탄 캐러밴이 나와도 어색하지 않을 정도다.

 

 

 

 

 

 (탐사로봇 오퍼튜니티가 관측한 엔듀런스 분화구 내의 사구의 모습이다. )

 

 

 화성의 기후와 관련해서 또 한가지 흥미로운 점은 물의 존재이다. 화성의 양 극지방에는 극관이라는 흰색으로 덮힌 부분이 있다. 이는 이산화탄소와 물이 저장된 곳으로 생각되는 이곳은 계절에 따른 변화를 보인다.

 

 

 

 (화성의 극관 - 일부는 극관이고, 일부 흰색은 구름이다)

 

 

 이 밖에도 화성에는 기후 현상과 물의 존재로 설명되는 흥미로운 관측 자료들이 풍부하다. 모두 너무 두껍지 않은 대기와 지구에서 가까운 거리에 있다는 이점이 함께 작용한 결과이다

 

3. 화성의 지형

 

 

 앞서 말했듯이 화성은 옅은 대기와 지구과 가까이 있다는 장점 때문에 지형 관측이 매우 용이하다. 여기에 화성에서는 대기와 화산, 그리고 물의 작용에 의한 것으로 생각되는 여러가지 흥미로운 지형들이 많이 발견되었다.

 

 

 

 (화성의 지형에서 가장 인상적인 거대한 매리너리스 협곡 - 중앙에 보이는 줄무늬. 그 길이는 무려 6000km, 너비는 100km, 높이는 7km 로 적도를 동서로 크게 가로지른다. 이런 거대한 계곡은 지구에서도 볼 수 없다.)

 

 

 화성의 지형을 간단히 말하면 남반구는 고지대가 그리고 북반구에는 저지대가 펼쳐져 있다. 그리고 거대한 마리너스 협곡이 적도를 가로지른다.

 

 

 

 (화성의 모식도 - 파란색일 수록 저지대이고, 붉은 색일 수록 고지대이다 )

 

 

 

 이 지형도에서 매리너리스 협곡과 타르시스 고원, 올림푸스 화산이 있는 지역은 상당히 고지대로 붉은 색으로 표시된다. 이 고지대의 화성 반대편엔 움푹 파인 저지대인 헬라스(Hellas) 분지가 펼쳐져있다. 지형대에서 보면 매리너리스 협곡 동쪽의 큰 파란 부분이다. 형성 원인은 확실치 않지만 거대 운석 충돌 자국으로 보는 견해도 있다.

 

 

 

 

 미국지질연구소(USGS) 는 화성의 크레이터를 연구하여 이를 기준으로 연대를 나누었다. 즉 크레이터가 많을 수록 오래된 지형이고, 크레이터가 적을 수록 새롭게 형성된 지형이란 것이다. 화성에는 특히 과거 물이 많았던 시기가 있었던 것 같고, 이로 인해 새롭게 생긴 지형들이 있다.

 

 

 

 미국지질연구소는 100만 km2 당 1km 지름 이상의 크레이터 수를 정량화 한 데이터를 기준으로 화성의 지형을 연대에 따라서 노아대 (46-35억년전), 헤스페리아대 (35억년 - 18억년전), 그리고 아마존대 (18억년부터 현재까지) 로 나누었다. 물론 방서선 연대 측정으로 결정된 것은 아니고 추정치이긴 하다. 각각의 지형의 명칭은 이 지형이 가장 잘 보이는 곳의 지명을 따서 붙였다고 한다.

 

 

 노아대는 타르시스 지대 등이 생성되었다고 생각되며, 이 시기의 마지막에 물이 많이 흘렀다고 추정된다. 헤스페리아대는 화성에 넓은 용암지대가 형성되었다고 보고있으며, 아마존대에는 올림푸스 화산등이 형성되었다고 생각된다.

 

 

 

 

 

 (화성의 지형 사진)

 

 

 화성의 지형에서 앞서 말한 매리너리스 협곡 (Valles Marineris) 은 지구의 그랜드 캐년조차 작아보이는 거대한 협곡이다. 왜 이런 협곡 지형이 생겼는지는 현재로썬 알 수 없다. 생긴것은 마치 지구의 판이 갈라지는 리프트 밸리나 홍해와 비슷한 지형이라고 생각되긴 하는데, 화성에는 지구와 같은 지각의 판 구조가 없다. 매리너리스 협곡은 절벽의 일부가 떨어지거나 바람에 침식하면서 확대되는 듯 하다.

 

 

 

 (거대한 매리너리스 협곡의 전망)

 

 

 

 (위에서 내려다본 매리너리스 협곡 - 서쪽으로는 복잡하게 갈라진 노크테스라비린테스 (밤의 미로) 에서 시작해서 동쪽의 크루세평원까지 거대한 협곡지형이 이어진다. 이 협곡의 중앙에는 대홍수가 흘렀던 흔적으로 생각되는 카세이계곡이 보인다.)

 

 

 협곡 지형의 일부는 분명이 물에 의해 침식된 것으로 보이며, 일부는 퇴적 지형으로 생각되는 지형도 보인다. 이 협곡이 생긴것으로 생각되는 20억년 전 정도로 생각되는 데 이 시기엔 화성이 건조했을 것으로 생각된다. 그런데 이 정도 거대한 침식 및 퇴적 지형을 만들려면 엄청난 양의 물이 흘러야 할 것이다. 이것은 아직까지도 밝혀지지 않은 미스테리이다.

 

 

 매리너리스 협곡 서쪽의 밤의 미로 서쪽에는 화성의 세쌍둥이 화산인 타르시스 화산들이 있다. 이 거대한 순상 화산의 옆에는 화성 최고봉인 올림푸스 화산이 있다.

 

 

 

 

 (세쌍둥이 화산인 타르시스 고원 지대 북서쪽에 거대한 올림푸스 화산이 보인다)

 

 

 (태양계 최고 봉인 올림푸스 화산 - 높이는 무려 27km 이며 산기슭의 지름은 600km 나 된다. 옆에 있는 세 화산은 지름 300km 급이다.)

 

 

 화성은 지구의 1/2 사이즈에 불과하지만 화산의 크기는 비교도 안되게 크다. 이렇게 큰 화산이 생긴 이유로 생각되는 것은 화성에는 판 구조가 없다는 것이다. 참고로 판 구조란 지구의 지각이 여러개의 판으로 나뉘어져 있으며 이 판들이 서로 움직이면서 대륙이 이동하고 지진이 발생하는 등의 지각활동이 일어나는 것을 말한다. 예를 들면 지구에서 마그마가 올라오는 열점이 있다고 하자. 이 열점에서 화산이 발생하면 일정 시간이 지나면 판이 움직임에 따라 이 화선은 열점에서 멀어져 휴화산이 된다.

 

 

 그러나 화성에는 판구조도 없고, 당연히 판의 이동도 없다. 하나의 열점이 있다면 여기에서 계속해서 마그마가 올라오게 된다. 따라서 하나의 화산이 수억년간 분출을 하다보면 거대한 화산이 형성되는 것이다. 이것이 화성이 태양계에서 가장 큰 화산인 올림푸스 화산을 가지고 있는 이유로 생각되고 있다. (물론 가설이다)

 

 

 화성의 흥미로운 지형에 대해서 짧은 지면에 다 설명하기는 어려울 것 같다. 그러나 다행히 구글 어스에서 화성의 지형또한 소개하고 있다. 궁금하신 분들은 구글 어스를 실행시켜 보자

 

 

 (구글 어스를 실행한 다음 토성 표시 메뉴를 누르면 화성 메뉴가 뜬다 화성으로 들어거면 구글 마스로 실행되어 화성을 구글 어스처럼 탐험할 수 있다)

 

 

 

 

 

4. 화성의 물

 

 

 화성의 지형과 연관되어 말해야 하는 것은 물에 의해 형성된 지형들이다. 지구의 사막지대에는 물이 흘렀다 말라버린 강이 많이 존재한다. 그런데 화성에서도 비슷한 지형이 많이 관찰되었다.

 

 

 

 (화성의 말라버린 강과 같은 지형)

 

 

 (말라버린 강의 흔적으로 생각되는 지형들)

 

 

 (역시 말라버린 강의 흔적으로 생각되는 지형)

 

 

 이것은 어느 시기엔 화성에 물이 풍부했다는 증거이다. 이 지형들은 화성이 현재는 춥고 건조해 졌지만 어느 시기엔 지금보다 따뜻했서, 액체상태의 물이 흘렀다는 강력한 증거로 생각되고 있다. 그러나 오늘날 낮은 기압과 온도로 인해서 화성에 물이 흐른다면 얼어버리거나 바로 기화될 것이다. 그런데 이 증거가 탐사선의 사진으로 포착되었다.

 

 

 

 

 (99년과 2005년의 사이 사진에 변화가 생긴것을 알 수 있다. 일시적으로 액체상태의 물이 흐른 후 증발한 것으로 생각된다)

 

 

 위의 사진상의 증거로 볼 때 아마도 액체나 고체 상태의 물이 땅속에 있다가 잠시 노출되어 흐른 뒤 증발했을 가능성이 있어 보인다. 물론 현재도 화성의 양 극관에는 물과 드라이아이스가 있는 상태로 생각되기 때문에 화성에 물이 있다는 것은 거의 의심할 이유가 없어 보인다. 그러나 한때 상당한 양이었다고 생각되는 물이 어떻게 되었는지는 여전히 미스터리다.

 

 

 

 (한 때 화성에도 물이 많았던 적이 있었다. 과연 지금 건조해진 이유는 무엇일까?)

 

 

 과학자들 중에는 현재 화성의 지각내부에, 즉 땅속에 많은 양의 물이 얼어있을 가능성을 생각하는 사람들이 있다. 지구의 툰드라과 한대 기후에서 발견되는 영구동토 내부에는 많은 얼음이 존재한다. 미래 화성의 지각을 뚫고 조사를 할 수 있다면 땅속에 들어있는 많은 물의 존재가 확인 될지도 모른다.

 

 

 많이 이들이 물의 존재에 관심을 같는 이유는 생명의 존재를 시사한다고 생각하기 때문이다. 아직 발견되지 않은 화성 생명체가 존재할 가능성은 여전히 있다. 더 나아가 훗날 인간이 화성에 진출된다면 앞으로 화성의 수자원은 큰 의미를 가질 가능성이 높다. 이래저래 화성의 물은 모두의 관심의 대상이 되고 있다.