화성, 이웃별이며 차갑고 척박한 바위의 행성. 녹슨 표면은 건조한 모래로 덮혀있다. 그 모래 아래는 이전에 존재했던 생명의 흔적이 남아있다.
수억년 전, 화성은 지구와 비슷했다. 두꺼운 대기는 대양의 물을 보호했다.
하지만 지금 물을 사라졌다.
지구가 번성했던 반면 화성은 죽은 행성이 되었습니다. 이렇듯 다른 운명으로 이끈 것은 무엇때문일까요?
지금부터 그 대답을 알아봅니다.
창백한 붉은점의 화성이 보입니다.
마리너 4호가 처음 보내온 화성 표면의 사진.
마리너 9호에 의해 화성표면의 80%의 사진을 얻음.
바이킹 계획에 의해 처음으로 화성에 착륙한 탐사선에 의한 표면 사진.
지난 50년간 탐색 데이터를 통해 화성의 상세한 모습을 구축했습니다. 이로부터 화성의 역사를 알 수 있습니다.
그 이유는 화성의 표면은 물이 사라진 이후에 침식작용이 없이 수억 년 동안 보존되어 왔기 때문입니다.
화성에는 뚜렷하게 물이 존재했던, 대양과 하천의 흐름의 흔적이 존재합니다.
탐사선 큐리오시티(Curiosity)는 화성표면에 착륙해서 액체의 침식작용에 의해 반질반질하게 닳은 광물의 흔적을 보여줬습니다.
그리고 토양 분석을 통해 건조해보이는 흙속에서 2%의 수분이 존재함을 알려줬습니다.
40억 년 전 화성에는 물이 존재했습니다.
강과 대양이 존재했고, 화성표면의 1/5이 물에 잠겼습니다.
이 적색의 행성은 한 때 푸르렀습니다.
당시 화성의 대기압은 지구와 비슷했을 것으로 예상되며 평균 기온은 25℃ 정도였습니다. 공기가 희박했기 때문에 호흡기를 꼈어야 했겠지만 지구의 하천 및 대양과 비슷한 풍경을 볼 수 있었을 것입니다.
그러나 수십억 년 동안 화성의 강과 바다는 사라졌습니다.
단 하나의 남은 푸른별. 지구. 지구 표면의 70%를 바다가 덮고 있으며, 바다 밑에는 수백만 종의 생물들이 살고 있습니다.
대기에 응축된 수분이 비로 내리는 이 순환계 덕분에, 수 많은 생물들이 지구의 생물학적 환경에서 살고 있습니다.
하지만 항상 이랬던 것은 아닙니다.
40억년 전 지구의 대기는 두꺼운 이산화탄소층으로 덮여있었고,
바다는 강한 산성(acidic)이었습니다
대기는 유해로운 기체로 가득차 있었습니다.
반면 화성은 번성하고 있었죠.
하지만 이 두개의 행성은 우주로부터 닥친 엄청난 재앙에 직면하게 됩니다.
지구에 닥친 재앙을 보려면 현재의 지구의 모습에 감춰진 사실들을 알아야 합니다. 지구는 침식,풍화, 그리고 화산활동으로 표면의 모습이 끊임없이 변화했습니다. 하지만 우리의 동지인 달(moon)은 수십억 년간 이러한 활동이 없이 표면상태가 유지되어 왔기 때문에 이를 통해 지구에 닥친 일들을 유추할 수 있습니다.
달의 표면의 수많은 크레이터는 우주로부터의 충돌의 흔적입니다. 또한 이 흔적이 일어난 시기를 정확히 알 수 있습니다. 아폴로 탐사선이 가져온 월석(月石)을 방사선동위원소법으로 측정하여 이 충돌들이 일어난 정확한 시기를 알 수 있습니다.
이 흔적들을 통해서 우리는 태양계의 역사를 알 수 있습니다.
화성도 포함해서요.
이러한 분석을 통해서 38,39억년 전 쯤에 이러한 운석의 충돌이 정점이었던 시기가 있음을 알게 되었습니다.
즉, 태양계 전체에 이 시기에 엄청난 충격이 있었다는 의미죠. 이 시기를 Late Heavy Bombardment(최후의 대폭격 정도로 해석하면 될라나?)라고 합니다.
이 시기 수 많은 소행성들이 화성을 폭격했고, 화성 표면의 1/3이 날아갔습니다. 화성은 순식간에 죽음을 맞이했습니다.
이 충돌의 원인이 무엇인지를 알기 위해서 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 결과 범인으로는 해왕성(Neptune)이 지목되었습니다.
해왕성의 중력에 의해 카이퍼벨트(태양계 외곽에 있는 소행성 벨트 지역으로 수십만개의 소행성이 있을 것으로 예측되고 있다. 어린왕자에 나오는 B612 소행성과 카이퍼벨트가 관계가 있었던가 가물가물하다.)의 소행성들이 태양계로 끌려들어왔다. 이 소행성들이 태양계의 내행성들을 폭격하는 큰 사건이 일어나게 된다.
이 시기의 소행성은 지구에도 엄청난 공격을 가했습니다. 하지만 이 충돌은 지구에 생명을 가져온 계기가 된 것으로 여겨집니다. 현재까지의 분석을 통해 지구에 생명체가 나타난 시기는 38억년 전으로 추정합니다. 이것은 대충돌 시기와 일치하며 소행성 벨트의 수 많은 운석의 충돌로 생명 탄생의 가능성이 높아진 것으로 추정됩니다.
생명이 어떻게 탄생했는지는 여전히 미스테리입니다. 화산활동에 의한 발생한 따뜻한 화산지대의 온천, 깊은 바다에서 분출되는 따뜻한 용출수 등 여건이 들어맞았을 경우 자연발생적으로 생명이 탄생했던 것으로 예상되고 있습니다.
이것은 태양계 다른 곳에서도 조건만 들어맞는다면 생명이 발생할(혹은 했을) 가능성이 있다는 뜻입니다.
2005년 발사한 화성궤도 탐사선(Mars Reconnaissance Orbiter, MRO)은 지난 10년 간, 그 이전의 탐사선이 획득한 데이타를 능가하는 탐사실적을 올렸습니다. MRO는 화성궤도를 6만 번 이상 돌며, 화성 표면의 99%를 촬영했습니다.
MRO의 초고해상도 카메라로 이전에는 보지 못했던 것들을 발견했습니다.
극지방의 산사태
모래 사구의 이동
그리고 계절에 따른 모래 혹은 액체류의 흐름의 변화
그리고 2017년 MRO는 화성의 가장 오래된 지역인 어리다니아 분지(Eridania Basin)를 집중 관찰합니다.
이 분지는 한때 바다였습니다.
그리고 MRO는 명백한 증거를 발견합니다. 400미터 두께로 쌓인 광물의 퇴적층들.
이것은 한때 이 지역이 바다였으며, 화산활동에 의한 열섬분출이 있었다는 걸 의미합니다.
화성에도 생명이 탄생하기에 적합한 때가 있었다는 뜻입니다.
예전에 또는 지금도 화성에 생명이 있을지 모릅니다. 38억년 전 생명이 탄생할 수 있었던 것은 지구만이 아니었습니다.
35억년 전 얼음으로 뒤덮인 화성에는 대규모의 화산활동이 시작됩니다.
이로 인해 얼음이 녹고
물은 흘러서 거대한 계곡에 이르러 장대한 폭포가 됩니다.
높이 4킬로미터의 이 폭포는 태양계에서 그동안 본 적이 없던 장대한 규모를 이루게 됩니다.
홍수가 진정되자 물은 사라졌지만, 그 흔적은 남았습니다.
그 흔적인 에쿠스 카스마(Echus Chasma)
우리는 왜 화성의 기후가 몇 백만년동안 이렇게 급격하게 변했는지에 대해선 알 수 없습니다. 하지만, 이 기후 변화가 일부는 화성의 내부적 활동에 의해 유발되었으리라는 것은 짐작합니다.
화성의 내부(Core)에서의 활동은 화성 대기(Atmosphere)에 증거로 남습니다.
2014년 나사(NASA)는 화성대기의 분석을 위한 탐사미션을 시작합니다.
위성은 화성의 궤도를 돌며, 대기권 상층(Upper Atmosphere)를 분석합니다.
이를 통해, 화성에서 매초 2킬로그램의 기체가 우주로 빠져나가는 것이 확인되었습니다. 화성의 대기는 지속적으로 희박해지고 있으며 결국 대기는 화성의 열을 보존하지 못하고, 화성의 기온은 곤두박질치고 있는 중입니다.
반면에 지구의 대기는 여전히 굳건합니다.(다행스럽게도) 태양에서 불어오는 태양풍의 시속 수백킬로미터로 지구에 다가옵니다. 만약 지구의 대기를 지키는 무엇인가가 없다면, 우리의 대기도 금새 사라질 것입니다.
해가 지고 나면 지구의 대기를 지키고 있는 것의 정체가 드러납니다. 오로라입니다.
*오로라는 지구의 자기장에 의해 태양풍의 대전된 입자가 자기장대에 유입되면서 지구의 대기와 충돌하면서 발생하는 현상이다. 대전된 입자가 대기와 충돌하면서 대기의 산소와 질소의 에너지 준위를 높이고 이것이 양자역학적으로 산소와 질소원자가 다시 정상궤도로 돌아가면서 그 에너지에 해당하는 에너지를 특정 주파수의 빛으로 내놓으면서 특정한 색깔의 빛의 무리로 나타나게 된다. 자기장이 없다면 태양풍은 그대로 직격하여 지구의 대기를 벗겨내고, 결국 대기는 사라지게 될 것이고 지상은 그대로 태양풍의 직격을 맞게 될 것이다. 그러면 생명이 살기 힘들다.
**지구가 자기장을 갖는 이유는 지구의 핵이 철(Fe)를 포함한 금속이며, 높은 온도로 액상으로 되어 있어서 유동성이 있다. 이런 유동성의 금속물질이 회전운동을 하면서 전자석과 같이 되며 이를 통해 지구의 자기장이 발생한다. 즉, 지구의 내부의 금속물질이 유동성을 가질만큼 뜨거운 에너지가 있다는 뜻이며, 이 에너지는 지구 탄생시기에 내재된 에너지이다. 뜨거운 물체는 식기 때문에 결국 지구도 언젠가는 식을 것이고 코어가 식게 되면 지구의 자기장도 사라지면서 대기도 없어진다. 대기가 없어지면 지구도 결국 화성과 같이 될 것이다
화성도 한때는 자기장이 존재했으며 이로 인해 극지방에서 오로라가 존재했다.
35억년에서 40억년 사이 화성의 자기장은 점점 약해졌으며(Core가 식으면서 유동성 금속이 고체화되면서 유동성을 잃게 되면서 자력이 점점 약해진다.), 이와 함께 화성의 대기도 태양풍에 의해 서서히 없어지기 시작한다.
대기의 보호가 사라지자, 수증기는 우주로 날아가고 온도는 떨어지면서 화성은 변화하게 된다.
35억년 전 지구는 화성과는 다른 길을 걷게 된다.
초기 생명체인 조류는 바다의 산성을 중화시키고, 대기의 메탄농도를 낮추며 산소의 농도를 높인다.
이로 인해 풍부한 생명체들이 탄생할 수 있는 환경이 조성되고, 산소가 풍부한 환경으로부터 수 많은 다양한 생물들이 번성하게 된다.
인접한 두 자매(지구와 화성)이 왜 이렇게 다른 길을 가게 되었는지를 이해하기 위해서는 행성들이 형성되기 시작한 때로 돌아가봐야 한다.
화성은 태양계에서 암석이 적은 지역에서 생성되었다. 그로 인해 지구보다 절반 크기의 직경을 가진 행성이 되었으며, 이로 인해 별의 냉각이 빨라서(철광석의 코어가 회전을 멈추면서 전자석의 효과가 없어지면서) 40억년 전부터 자기장이 약해지기 시작했고 35억년 전쯤에 자기장이 사라지게 되었다.
이로 인해 화성은 죽은 별이 되었다.
그러나, 이것이 이야기의 끝은 아니다.
현재 인간을 화성으로 보내기 위한 다음 세대의 화성 탐사가 준비중이다.
팔콘헤비 로켓 회수(랜딩) 장면.
화성은 과거의 유혹이 새겨져있는 꺼져가는 불씨입니다. 하지만 화성에는 생명이 있었을지도, 그리고 여전히 있을지도 모릅니다. 그리고 태양계에서 2번째 생명의 기원을 발견한다면 이것은 철학,과학, 그리고 문화적으로 매우 중대한 사실을 의미합니다. 왜냐하면 생명은 필수불가결한 것이라는 것을 뜻하기 때문입니다.(생명은 지구에서만 발생하는 독특한 사건이 아니라는 뜻)
이것은 전 우주가 생명으로 가득차 있을 수 있다는 사실을 의미하며, 우리는 (지구에만 존재하는 우주에서 유일한 생명으로서) 혼자가 아니라는 것을 뜻합니다.
하지만 좀 더 이 행성의 역사와 함께 우리에게 그 의미를 생각해보면, 화성에서 우리의 미래를 그려볼 수 있습니다.
화성은 자원의 보고입니다. 거대한 동토층 아래에 엄청난 양의 물이 얼음의 형태로 남아있고, 광물들-철, 질소, 탄소, 산소- 과 문명을 지탱하는 모든 것들이 있습니다. 그래서 전 우리의 세대동안에 화성인류(martian)이 나타날 거라고 생각하며, 그 화성인들은 바로 우리가 될 겁니다.
우리는 화성에 가서 우리의 거주지를 만들고, 이 오래된 붉은 세상은 우리가 다른 별로 진출하는 첫번째 단계가 될 겁니다.
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본편이 끝나면 보너스 영상이 나오는데, 이번편에는 화성 탐사 로버(영화 마션에서 나오는 화성 탐사 차량) Curiosity의 화성 랜딩 과정과 그동안의 탐사 결과에 대해 관련자의 인터뷰가 나온다. 이것 역시 흥미진진하다.