지구와 화성에 대해 알아보겠습니다.
지구(Earth)
지구는 인류가 살고 있는 천체, 즉 지구상 모든 생명체 발밑에 있는 천체를 말합니다. '지(땅 地)', '구(공 球)' 즉 둥근 땅이라는 단어로 모든 것을 표현하고 있습니다. 영어(Earth)나 라틴어(Tellus, Terra) 등 다른 언어에서도 대부분은 '대지'를 나타내는 단어가 적용되고 있습니다. 적도의 반경은 6378km, 극 반경은 6357km로 적도 부분이 살짝 부푼 구 모양의 형태를 띠고 있습니다. 태양으로부터의 평균 거리는 1억 4960만 km(1AU)입니다. 내부는 대략 지각, 맨틀, 핵 세 부분으로 이루어져 있습니다. 지구 전체의 평균 밀도는 1㎤당 5.51g입니다. 방사성원소로 측정한 운석의 연대측정과 아폴로 계획으로 가져온 달의 암석 분석으로 지구는 태어난 지 약 46억 년 정도가 됐다고 추정하고 있습니다. 태양계의 연령도 지구의 나이와 거의 동일하기 때문에, 지구는 태양계의 탄생과 거의 동시에 형성되었다고 할 수 있습니다. 태양계 형성 초기 10개 정도의 화성 크기만 한 원시 행성들의 충돌 및 합체로 형성되었을 것으로 생각됩니다. 지구는 지구형 행성 중에서 크기, 질량, 밀도가 모두 최대입니다.
구성 성분은 지표면의 깊이에 따라 다릅니다. 지각에 존재하는 원소는 산소(질량비 49.5%)와 규소(25.8%)를 주체로, 이하 알루미늄, 철, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 마그네슘 등이 포함됩니다. 중심 부분은 철과 니켈이 주성분입니다. 지표면의 71.1%는 바다로 덮여 있고, 지표로부터 상공 약 100km까지의 범위에는 질소와 산소를 주성분으로 하는 대기가 있습니다. 지구는 거의 구형이기 때문에 해발 0m의 지표면에 서 있는 사람이 한 번에 바라볼 수 있는 범위는 수평선이 생기는 반경 3km~5km의 원 안쪽으로 한정됩니다. "지구는 둥글다." 지금은 당연한 사실이지만, 지구가 구체라는 증거를 실감하기 어려운 과거에는 지구 평면설을 믿는 사람들이 꽤 있었다고 합니다.
화성(Mars)
개요
화성은 태양계에서 수성 다음으로 두 번째 작은 행성입니다. 화성은 표면에 존재하는 산화철 때문에 맨눈으로 봤을 때 붉은 빛을 띠어 붉은 행성(Red Planet)이라고 불리기도 합니다. 화성 대기가 얇은 지구형 행성으로 달의 충돌 분화구나 지구의 계곡, 사막, 극지의 빙관을 연상시키는 표면 형상을 갖고 있습니다. 또 자전주기나 회전축의 기울기가 지구와 비슷하기 때문에 계절도 있습니다. 화성에는 태양계에서 가장 높은 산으로 알려진 올림포스산과 최대 협곡 중 하나인 마리넬리스 협곡이 있습니다. 북반구에 있는 볼레알리스 분지는 화성 면적의 40%나 차지하고 있어 거대한 외부 충돌이 있었을 가능성이 큽니다. 화성에는 포보스와 데이모스라는 두 개의 위성이 있으며 작고 불규칙한 형태를 하고 있습니다.
관측 및 탐사 역사
화성은 전 세계에 있는 우주 기관들의 주요 탐사 대상이었습니다. 1964년 11월, NASA는 매리너 4호를 발사해 65년 7월에 최초로 화성 탐사에 성공했습니다. 매리너 4호는 화성의 사진도 찍어 지구에 보냈습니다. 물이 없고 대기가 희박한 모습에 실망한 사람들도 적지 않았지만, 매리너 4호는 이후 3년 동안 화성에 대한 과학적 정보들을 모아 지구로 전송했습니다.
소련의 탐사선 마르스 3호는 착륙선을 탑재하고 71년 12월에 소프트 랜딩을 했지만 몇 초 만에 연락이 두절되었습니다. 76년 7월, 바이킹 1호가 최초로 화성 표면 착륙에 성공했습니다. 97년 7월에는 화성 탐사선 마스 패스파인더 로버(Mars Pathfinder Rover)가 화성에 착륙해 화성에서 활동한 첫 로봇 로버 소저너를 방출했습니다.
유럽우주국(ESA)은 2003년 12월에 마스·익스프레스를 화성 궤도에 올렸습니다. 04년 1월에는 NASA의 마스 익스플로레이션 로버(Mars Exploration Rover)에 탑재된 스피릿과 오퍼튜니티라는 쌍둥이 로봇이 화성에 착륙했습니다.
NASA는 12년 8월, 화성의 기후와 지질을 조사하는 화성과학실험실(MSL) 미션의 일환으로서 큐리오시티(Curiosity) 로버를 착륙시켰습니다. NASA는 이후 21년 2월에 로버 퍼서비어런스(Perseverance)를 추가로 착륙시켰습니다.
이어 14년 9월에는 인도 우주 연구기구(ISRO)가, 21년 2월에는 아랍에미리트가 탐사선을 궤도에 투입했습니다.
화성 유인 탐사는 미국이 약 35년 전부터 구상해 왔지만 달과는 비교할 수 없는 장기간의 체류기간, 이에 따른 연료와 물자의 양을 어떻게 해결할 것인지에 대한 의문, 무엇보다도 막대한 예산이 들어 계획이 가시화되지 않고 있습니다.
화성의 물?
현재도 화성의 거주성이나 생명의 존재 가능성을 평가하는 조사가 이루어지고 있습니다. 화성의 기압은 지구의 1% 미만으로 낮기 때문에 화성 지표에 물은 존재하지 않습니다. 물론 과거에 물이 흘렀던 흔적들이 발견되고 있습니다만, 현재에는 두 극지방 극관 아래에만 물이 있을 것으로 예상되고 있습니다.
물리적 특성
화성에는 바다가 없고 산화철을 대량으로 포함한 붉은 땅이 펼쳐져 있습니다. 반경은 지구의 약 50%, 중력은 지구의 약 40% 정도입니다. 화성의 표면적은 지구 표면적의 약 25% 정도인데, 이는 지구 육지 면적과 거의 같습니다. 질량은 지구의 10%밖에 안 됩니다. 화성의 질량이 적은 이유에 대한 가설로는 그랜드 택 모델(Grand Tack) 가설이 다수 의견으로 자리 잡고 있습니다. 태양계 행성 이동 모델인 그랜드 택 컴퓨터 시뮬레이션 모델에 따르면 목성이 화성 궤도 정도까지 태양에 접근했다가 나중에 현재 궤도로 자리 잡았다고 하는데요. 태양계 초기 아직 화성이라는 행성이 형성되기 전의 미행성이 목성에 의해 튕겨 나가거나 깨져버렸기 때문에 화성이 크게 성장하지 못했다고 의견이 중론입니다.
화성의 대기는 희박하고 대기압은 약 750Pa로 지구의 약 0.75%밖에 되지 않습니다. 대기가 희박하기 때문에 열을 유지하는 작용이 약하며 표면 온도는 최고 20℃입니다. 대기 조성은 이산화탄소가 95%, 질소가 3%, 아르곤이 1.6%로 그 밖에 산소와 수증기 등의 미량 성분을 포함하고 있습니다. 다만 화성 대기 상층부는 태양풍의 영향을 받아 우주공간으로 유출되고 있음을 소련 무인 화성 탐사기 포보스 2호가 관측했습니다. 이 때문에 화성의 대기압이나 대기 조성이 장기적으로 볼 때 변화할 가능성도 있습니다. 2003년 지구 망원경 관측으로 대기에 메탄이 포함되어 있을 가능성이 대두되었고, 04년 3월 마스 익스프레스 조사를 통해서 메탄의 존재가 확인되었습니다. 메탄가스의 생성 이유로는 화산 활동이나 혜성 충돌, 혹은 메탄균과 같은 미생물 형태로의 생명체 존재 가능성을 염두에 두고 있지만, 아직은 확인된 바 없습니다. 지구의 바다에서는 생물이 메탄을 생성할 때 동시에 에탄도 생성하기 때문에, 화성에서 메탄이 생성될 때 어떠한 다른 기체가 생성되는지 탐사하려는 계획도 현재 진행되고 있습니다.
맺음말
이렇게 화성에 대한 과학적인 탐구를 통해 우리는 태양계의 다른 행성들과 그 독특한 특징들을 더 깊이 이해할 수 있습니다. 화성은 우주 탐사의 새로운 지평을 열어주는 곳이며, 그 물리학적인 특성은 우리에게 지구와 우주의 진화에 대한 힌트를 제공합니다. 미래에는 더 많은 탐사와 연구를 통해 화성의 미스터리를 해결해 나가길 바랍니다. 과학자들의 화성을 향한 신비로운 이야기를 펼쳐나가는 여정을 응원합니다.
