보배드림

화성(火星, Mars)은 태양계의 네 번째 행성이다. 붉은 색을 띠기 때문에 동양권에서는 불을 뜻하는 화(火)를 써서 화성 또는 형혹성(熒惑星)이라 부르고, 서양권에서는 로마 신화의 전쟁의 신 마르스(그리스 신화이름에서는 아레스)의 이름을 따 Mars라 부르며, 오늘날 영어에서 3월을 뜻하는 March도 여기서 생겼다.


<화성하면 생각나는 사진이다. 4000 Km의 거대한 마리너스 협곡이 가로지르고있다>

마리너 4호가 1965년에 화성을 처음으로 근접 비행을 하기 전까지 과학계 안팎의 사람들은 화성에 대량의 물이 존재하리라고 기대하였다. 이러한 기대의 근거는 화성의 극지방에서 밝고 어두운 무늬가 주기적으로 변화한다는 사실이었다. 60년대 중반 이전까지 사람들은 농업을 위한 관개수로가 화성에 있으리라 기대하기까지 했다. 이는 사실 20세기 초·중반의 공상과학 작가들의 상상에 영향받은 것이며 이러한 공상 과학을 바탕으로 소설이 나오고 이를 영화화 한 '화성침공', '우주전쟁'등과 '미션투 마스' 등에서 화성의 지적 생명체 존재 등을 이야기하고있다.


<화성을 탐사하기 전에는 많은 과학자들은 화성에 물이 존재하고 생명체가 존재 할 것이라는 많은 기대를 하였다>


<화성에 지적인 생명체가 존재한다는 가설로 등장한 영화 화성침공. 화성인이 지구를 지배한다는 내용이다>

1950년대 이후의 탐사선에 의한 관측으로 화성 운하는 존재하지 않았음이 밝혀졌다. 다만, 영화 '토탈 리콜' 처럼 수천 년 후에는 화성도 지구처럼 액체 상태의 물이 존재해 사람도 화성으로 이사를 가서 살 수 있게 될 것이다.
물과 생명체의 발견에 대한 기대로 많은 탐사선들에 미생물을 찾기 위한 센서들이 탑재되어 화성에 보내졌다. 화성에서는 다량의 얼음이 발견되었고, 생명체가 존재할 가능성이 제기되고 있다.


<영화 토탈리콜의 장면. 미래에 화성에 식민지를 만든다는 내용이다>

화성의 자전 주기와 계절의 변화 주기는 지구와 비슷하다. 화성에는 태양계에서 가장 높은 산인 올림푸스 화산이 있으며, 역시 태양계에서 가장 큰 계곡인 매리너스 협곡과 극관을 가지고 있다. 중력은 지구의 0.376배로 지구에서 보다 몸무게가 반도 안나간다.


<제우스와 12신이 산다고하는 올림푸스산이다. 우주에서 가장 높은 산이다. 높이가 27킬로미터이다>


<올림푸스 산에 태양이 떠오르고있다>

<매리너스 계곡. 화성의 대표적 지형이다. 깊이가 7Km나 된다>


<화성의 북쪽 끝에는 얼음 때문에 밝게 빛나는 극관이있다>

<영화 토탈리콜에서는 이 극관을 이용하여 화성에 산소를 공급하는 계획을 세운다>

물리적인 특성
화성은 붉게 타는 듯한 외형을 가지고 있다. 화성의 표면적은 지구의 4분의 1밖에 되지 않으며, 부피는 10분의 1밖에 되지 않는다. 화성은 두 개의 작은 위성을 가지고 있다. 화성의 대기권은 매우 얇으며, 표면의 기압은 7.5밀리바밖에 되지 않는다. 화성 표면의 95%는 이산화탄소로 덮여 있으며, 이 밖에 3%의 질소, 1.6%의 아르곤과 흔적만이 남아 있는 산소와 물이 포함되어 있다.


지질
화성의 표면은 기본적으로 현무암으로 되어 있으며, 표면의 대부분은 삼가 산화철의 먼지로 덮여있어 붉은색을 띤다. 화성의 표면에 일시적이나마 물이 존재했다는 결정적인 증거가 있다. 화성 표면에서 발견된 암염이나 침철석과 같이 대체로 물이 존재할 때 생성되는 광물이 발견되었기 때문이다.

<화성이 붉은 색을 띠는 이유는 산화철 때문이다>

비록 화성 자체의 자기장은 없지만, 과거 행성 표면의 일부는 자화된 적이 있음이 관측을 통해 밝혀졌다. 화성에서 발견된 자화의 흔적(고지자기)은 지구의 해양지각에서 발견되는 교대하는 띠 모양의 고지자기와 비교되어 왔다. 1999년에 발표되고 2005년에 마스 글로벌 서베이어로부터의 관측 결과의 도움으로 재검토된 이론에 따르면, 이들 지자기의 띠들은 과거에 있었던 화성의 판구조 활동의 증거일 수 있다. 극 이동(polar wandering)으로도 화성에서 발견된 고지자기를 설명할 수 있었다.


<화성표면의 일정한 방향의 주름은 옛날 지자기가 있었음을 증명한다>

화성의 내부를 설명하는 이론에 따르면, 화성 핵의 반지름은 약 1,480km로 주로 철과 15~17%의 황으로 이루어져 있다. 황화철의 핵은 부분적으로 용융되어 있으며, 지구의 핵에 비하면 가벼운 원소의 함량이 약 2배가량 된다. 핵은 규산염질 맨틀에 둘러싸여 있다. 맨틀은 화성에서 볼 수 있는 많은 판구조 활동과 화산 활동을 일으켜 왔으나 현재는 더 이상 활동하지 않는다. 화성 지각의 두께는 약 50km이고, 최대값은 125km가량이다.


지형
화성 지형의 몇 가지 기본적인 특징은 다음과 같다. 화성은 극 지방이 언 물과 이산화탄소를 포함하는 얼음 지대로 덮여 있다. 또한 화성에는 발레스 마리너리스(Valles Marineris) 또는 화성의 흉터라고 불리는 태양계에서 가장 큰 협곡 지대가 있다. 이 협곡 지대는 4000km의 길이에 깊이는 7km에 이른다.


<마리너리스 계곡에 물이있음을 가정하고 만든 아침 안개가 가득찬 계곡의 상상도>

화성 북반구와 남반구 지형의 비대칭성은 매우 인상적이다. 북쪽 부분은 용암층이 흘러내림으로 인해 평평하고, 남쪽은 고지대에 오래전의 충격으로 인해 구멍이 파이고 분화구가 생겨나 있다. 지구에서 본 화성의 표면은 확실히 두 부분의 구역으로 나뉘어져 있다. 먼지와 산화철이 섞인 모래로 뒤덮인 좀 더 창백한 부분은 한때 '아라비아의 땅'이라 불리며 화성의 대륙으로 여겨졌고, 어두운 부분은 바다로 여겨졌다. 지구에서 보이는 가장 어두운 부분은 시르티스 메이저(Syrtis Major)이다. 화성에서 가장 큰 분화구는 헬라스 충돌 분지(Hellas impact basin)인데, 가벼운 붉은 모래로 덮여 있다.


<화성의 북반구는 그관이있으며 비교적 평탄하고 깨끗한 지형으로 이루어져있다.>


<화성의 남반구는 수성이나, 달 지형처럼 많은 분화구로 이루어져있다>


<헬라스 Basin은 우측 그림의 좌측 아래 보라색 부분이다. 평균 지형보다 8Km나 아래에 위치한 거대한 크레이터 충돌구이다>

대기
화성의 대기압은 0.7에서 0.9kPa로, 지구의 대기 밀도와 비교하면 1/100 정도로 매우 낮다. 대기가 적으므로 기압이 매우 낮고 물이 있더라도 기압 때문에 빨리 증발하게 된다. 과학자들은 과거의 화성은 물이 풍부하고 대기도 지금보다 컸으리라고 추측한다. 대기의 주성분인 이산화탄소가 얼어 거대한 극관을 형성하는 과정이 양극에서 교대로 일어나고 이산화탄소는 눈층을 형성하고 봄이 되면 증발한다.

<화성의 과거에는 풍부한 물이 있었을 것으로 추정한다. 올림푸스 산의 주변에 물이 가득한 상상도>

자기권
아주 오래전 화성은 태양풍을 막을 수 있을 만큼 충분히 강한 자기권을 가지고 있었으리라 여겨진다. 그러나 40억 년 전 화성의 다이나모가 멈추고 난 뒤에는 투자율이 높은 광물에 잔류자기가 남아있는 정도밖에는 자기장을 가지고 있지 않다. 시간이 지남에 따라 이런 광물은 풍화되었기 때문에 현재는 남반구의 고지의 일부에서만 고지자기를 관측할 수 있다. 태양풍은 화성의 전리층에 직접 닿기 때문에 화성의 대기는 조금씩 벗겨져 나가고 있다고 여겨지나 그 양은 아직 확실하지 않다.


<화성은 현재 자기장이 약하여 태양풍을 막을 만큼 충분하지 못하다. 미래에도 인류가 살기는 불가능하다>

공전과 자전
화성의 궤도 이심률은 약 9%로 상대적으로 큰 편이다. 태양계에서 이보다 더 이심률이 큰 궤도를 가지는 행성은 수성밖에 없다. 태양까지의 평균거리는 약 2억 2천만 km(1.5 천문단위)이며, 공전 주기는 678일이다. 화성의 태양일(솔; sol)은 지구보다 약간 길어서 24시간 39분 35.244초 정도이다.
화성의 자전축은 25.19도만큼 기울어져 있어서 지구의 기울기와 거의 비슷하다. 그 결과 화성에서는 지구와 마찬가지로 계절이 나타난다. 하지만 공전 각속도가 느리기 때문에 계절의 길이는 지구에 비해 약 2배가량 된다.


<화성은 이심율이 수성 다음으로 가장 큰 행성이다. 이심율은 태양이 회전 중심에서 얼마나 벗어나 있느냐를 말하는 것이다>

위성
이 부분의 본문은 화성의 위성입니다. (따로 기사를 만들것)
포보스(Phobos)와 데이모스(Deimos)가 화성의 위성이다. 이들은 늘 달 쪽으로 같은 면을 향하고 있다. 포보스의 화성 주위 궤도가 화성 자체가 도는 속도보다 빠르며 아주 서서히 그러나 꾸준히 화성에 가까워지고 있다. 언젠가 미래에는 포보스가 화성 표면에 충돌하게 될 것이라고 예측한다. 반면에 데이모스는 충분히 멀리 떨어져 있고 서서히 멀어지고 있다.


위성          직경 (km)                        질량 (kg) 평균     궤도 반지름 (km)    공전 주기
포보스     22.2 (27 × 21.6 × 18.8)    1.08×1016                9,378                 7.66 시간
데이모스  12.6 (10 × 12 × 16)             2×1015               23,400               30.35 시간


<화성의 위성 데이모스. 아레스의 아들로 근심을 의미한다>


<화성 위성 포보스. 아레스의 아들로 공포를 의미한다>

신화속의 화성

그리스 신화에 나오는 아레스(마스는 아레스의 로마신화 명칭)는 전쟁의 신으로 제우스의 아들이다. 아레스는 그리스 신화에서 천방지축 망나니로 나온다. 하지만 최고의 미녀 아프로디테(로마신화에서는 비너스 즉 금성이다)를 만나 서로 좋아하는데, 사실 아프로디테는 대장장이신인 헤파이토스의 부인이었다. 즉 둘은 간통을 즐겼고, 간통현장을 헤파이토스에게 들키고, 모든 신에게 간통 현장을 확인하게된다. 하지만 그 뒤에도 계속 밀회를 즐겨서 두 아이가 태어나는데, 이들이 바로 포보스와 데이모스이다. 포보스는 공포를 뜻하며, 데이모스는 근심을 뜻한다. 불륜의 결과가 그리 썩 좋은 답을 얻은 것이 아니란 의미. 금성과 화성이 만나서 화성의 두 위성이 생긴 것이다.


<전쟁의 신 아레스와 미의신 아프로디테가 밀회를 즐기고있는 동안 아프로디테의 남편이 불의 신 헤파이토스에게 들켰다. 그래서 태어난 것이 포보스와 데이모스이다>

생명체
여러 증거로부터 미루어 볼 때 화성이 과거에는 지금보다 더 생명이 살기에 적합한 환경이었던 것으로 추정된다. 하지만 실제 화성에 생명이 존재한 적이 있는가 하는 질문에 대해서는 아직 확실한 답을 얻지 못하고 있다. 바이킹 탐사선은 70년대 중반에 화성 표면에서 미생물을 탐지하기 위한 실험을 수행한 적이 있다. 그 결과는 과학자들 사이에서 많은 논쟁이 되고 있다. 존슨 우주센터 연구소는 화성에서 날아왔을 것으로 추정되는 운석 ALH84001에서 유기 화합물을 발견했다. 이 화합물들은 처음에 생물들에 의해서 만들어진 후 운석 충돌이 일어나면서 우주로 튕겨 나갔다가 약 1500만 년 동안의 우주 유영을 한 후 지구에 떨어진 것으로 여겨진다.


<화성의 생명체 존재 여부를 확인하기 위해 탐사선이 토양 샘플을 채취하고있다>

화성은 생물이 살기에 부적합한 특성 역시 가지고 있다. 화성의 위치는 태양의 거주 가능 지대보다 반 천문단위가량 멀리 떨어져 있고, 물은 얼어 있다. 물론 과거에 물이 흘렀던 적이 있기는 하다. 화성에는 또한 자기권이 없으며 대기가 희박하다. 화성은 지각 열류량은 매우 적으며, 외부의 운석 또는 소행성들과의 충돌 또는 태양풍으로부터 보호받지 못하고 있다. 낮은 대기압 때문에 얼음은 액체상태를 거치지 않고 곧바로 기화해버린다. 또 화성은 지질학적으로 사실상 완전히 죽은 행성이다. 화산 활동이 없기 때문에 표면과 행성 내부 사이의 화학 물질과 광물의 순환이 일어나지 않는다.



화성 탐사
무인탐사: 지금까지 인류는 다수의 로봇 탐사선을 화성에 보냈고, 그 중 몇몇은 대단한 성과를 거두었지만, 탐사의 실패율은 매우 높았다. 실패 사례 중 몇은 명백한 기술적 결함에 따른 것이었지만, 많은 경우 연구자들은 확실한 실패 이유를 찾을 수 없었다. 그래서 이런 사례는 지구-화성 "버뮤다 삼각지대" 혹은 화성탐사선을 먹고 사는 은하귀신(Ghoul)라는 농담을 낳았다. 화성 로봇 탐사의 역사를 이해하기 위해서는, 발사 시간대가 약 2년 남짓(화성의 공전 주기)의 기간을 주기로 발생한다는 사실을 알아두어야 한다.

1960년 소련은 두 기의 탐사선을 화성궤도를 지나쳐 돌아오는 계획으로 발사하였으나, 지구궤도에 도달하는 데에 실패한다. 1962년 소련은 세 기를 더 시도하지만, 실패했다. 두 기는 지구 궤도에 머물렀고, 나머지 하나는 화성을 돌아오는 동안 지구와의 교신이 끊어졌다. 1964년에 또 한번의 시도가 실패한다.

1962년에서 1973년 사이에, NASA(나사)의 제트 추진 연구소(Jet Propulsion Laboratory)는 내태양계(inner solar system)를 탐험할 10개의 마리너 우주선을 설계·제작하였다. 이 우주선은 금성, 화성, 수성을 최초로 탐사하기 위해서 만들어졌다.


<마리너 탐사선>

마리너 3호와 4호는 동일한 기체로, 최초로 화성을 지나치며 관찰하도록 설계되었다. 마리너 3호는 1964년 11월 5일 발사되었으나, 우주선의 윗부분을 덮은 뚜껑이 적당히 열리지 않았고, 화성에 도달하지 못했다. 3주 후 1964년 11월 28일 마리너 4호는 성공적으로 발사되어 8개월의 항해를 시작한다.
마리너 4호는 1965년 6월 14일 화성을 지나며, 다른 행성의 근접 사진을 최초로 찍어냈다.
NASA는 계속해서 마리너 프로그램을 수행하여 마리너 6호와 7호를 발사했다. 이 비행선들은 1969년에 화성에 도달하였다. 8호와 9호 발사때는 두 대의 비행선 중 한 대를 잃는 사고를 겪었다. 살아남은 마리너 9호는 성공적으로 화성 궤도에 진입하였다. 마리너 9호가 화성에서 전송한 사진은 이전 임무의 결과로 온 사진보다 더 높은 품질을 가지고 있었다. 이 사진들이 화성에 한때 액체 형태의 물이 있었을는지도 모른다는 것을 증거하는 첫 번째 사진이었다.


<마리너가 화성의 물이 흐른 흔적을 찍어 전송하였다>

1976년에 두 대의 바이킹호가 화성 궤도에 들어가 각각 착륙 모듈을 내려 화성 표면에 내려 앉았다. 이 임무를 통해 인류는 첫 번째 컬러 사진과 더욱 확장된 과학적 정보를 얻을 수 있었다. 소련의 화성 탐사 프로그램에서 발사한 우주선들은 바이킹보다 몇 년 일찍 수많은 착륙을 시도했다. 그러나 마리너 프로그램이 수행했던 것보다 성공적인 결과를 얻지는 못했다.


<바이킹 화성 착륙선. 당시 프로그램을 주도했던 칼 세이건 박사가 모형 앞에서 서있다>

마스 패스파인더는 1997년 7월 4일에 화성에 착륙하여, 소저너라는 매우 작은 원격 조정체를 움직여 착륙 지점 주위의 몇 미터를 여행하고, 화성의 환경 조건을 탐색하고 표면의 돌들을 수집해왔다.


<마스 패스파인더의 소저너 화성 착륙선>

다음 탐사는 마스 글로벌 서베이어(Mars Global Surveyor)에 의해 이루어졌다. 이 임무는 20여 년간의 화성 탐사역사에서 첫 번째로 성공적인 것이었고, 1996년 11월 7일에 발사되어 1997년 9월 12일에 화성 궤도에 도달하였다. 1년 반 정도가 흐른 후, 회전 궤도가 타원형에서 원형으로 자리를 잡았고, 우주선은 1999년 3월부터 기초적인 매핑 임무에 돌입했다. 우주선은 화성을 화성력으로 1년, 지구력으로는 거의 2년간 저고도에서 관찰했다. 마스 글로벌 서베이어호는 최근인 2001년 1월 31일 그 기초적인 임무를 완료하고 현재는 2단계 임무를 수행하고 있다.


<마스 글로벌 서베이어>


<파이어니어 우주 탐사선이 찍어보낸 화성 표면>

<글로벌 서베이어호가 촬영한 화성 표면 사진으로 동일한 장소의 파이어니어 사진에서는 해상도가 낮아서 사람의 얼굴 모양으로 나타났고, 즉 인공 구조물이란 논란을 일으켰다. 기독교인들은 예수 형상이라고 떠들어 대기도 하였다. 하지만 선명도가 향상된 이 사진으로 그 논란은 종지부를 찍었다.>

이 탐사는 화성 표면, 대기권, 그리고 내부에 대한 전체적인 연구를 수행하고, 지난 탐사 계획에서 거둬들인 모든 결과물보다 더 많은 데이터를 가져왔다. 이 가치있는 데이터들은 마스 글로벌 서베이어: MOLA에서 찾아볼 수 있다.

2008년 7월 31일 미국 국립항공우주국은 화성 탐사선 오퍼튜니티호가 화성에 물이 존재함을 확인하였다고 발표했다. 오퍼튜니티는 2008년 11월 10일 임무가 종료되었다.


<화성 탐사선 스프릿과 오포튜니티