December 15,2019

화성의 사계절 원인 밝혀냈다

극지의 이산화탄소 동결이 대기권에 영향

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NASA의 화성 탐사차량 큐리오시티(Curiosity)가 화성 게일 분화구(Gale Crater)에 도착한 때는 2012년. 그리고 지난 2014년부터 대기(air)를 분석해온 결과 전체 대기 중 이산화탄소가 95%에 달한다는 사실을 확인할 수 있었다.

산소는 0.16%에 불과했는데 이는 지구처럼 다양한 생명체가 살 수 없음을 말해주는 것이다. 대기 중 나머지 부분은 질소(2.6%), 아르곤(1.9%), 일산화탄소(0.06%)와 같은 가스들이 채우고 있었다.

화성 탐사선 큐리오시티가 촬영한 화성의 대기. 분석 결과에 따르면 남‧북극 지역의 동결된 아산화탄소가 대기권에 영향을 주어 계절변화를 유발하는 것으로 밝혀졌다. ⓒNASA

화성 탐사선 큐리오시티가 촬영한 화성의 대기. 분석 결과에 따르면 남‧북극 지역의 동결된 이산화탄소가 대기권에 영향을 주어 계절변화를 유발하는 것으로 밝혀졌다. ⓒNASA

대기권의 기체 양이 계절변화의 원인   

최근 들어서는 계절과 관련된 새로운 사실들을 밝혀내기 위한 연구들이 진행되고 있다. 특히 대기를 구성하고 있는 기체들이 어떤 식으로 순환하며 계절을 만들어내고 있는지 그 메커니즘을 밝혀내고 있다.

13일 NASA의 MEP(화성탐사프로그램)은 공식 발표를 통해 그동안 연구진이 게일 분화구 표면을 채우고 있는 대기 중의 가스들을 분석해왔으며, 최초로 계절 변화를 측정할 수 있었다고 밝혔다.

화성 탐사가 시작된 이후 화성에서 계절 변화가 어떻게 일어나고 있는지 분석한 것은 이번이 처음이다.

연구 결과에 따르면 화성에서 계절변화가 시작되는 곳은 이산화탄소가 동결돼 있는 남‧북극 지역이다. 겨울이 돼 이산화탄소가 과도할 정도로 동결되면 전체 대기권에서는 기체양이 줄어들면서 압력이 낮아지는 현상이 벌어진다.

그러나 봄과 여름이 되면 남‧북극 지역의 온도가 내려가고 동결됐던 이산화탄소가 증발하기 시작한다. 그리고 다른 대기권의 기체들과 섞이면서 전체 대기권의 압력을 끌어올린다.

연구진이 계절과 관련된 새로운 사실을 알아낼 수 있었던 것은 대기 중에 있는 질소와 아르곤이 대기 중에 있는 이산화탄소 양과 비례해 지속적으로 변화하면서 계절 변화의 지표 역할을 하고 있었기 때문이다.

연구진은 질소와 아르곤을 통해 게일 분화구를 덮고 있는 기체양이 봄과 여름으로 접어들면서 (겨울 대비) 약 30%까지 증가하며, 가을로 접어들면서 떨어지기 시작해 겨울로 되돌아간다는 사실을 확인할 수 있었다.

논문은 ‘지구물리학 저널: 행성(Journal of Geophysical Research: Planets)’  12일 자에 게재됐다. 제목은 ‘Seasonal variations in atmospheric composition as measured in Gale Crater, Mars’이다.    

메탄의 양 60%까지 늘거나 줄어들어

연구진이 처음 대기 분석의 지표로 기대했던 것은 산소다.

화성의 계절 연구가 산소로 인해 시작됐기 때문이다. 그러나 계절 변화에 따라 산소의 양이 불규칙하게 변화하고 있었다. 이런 상황에서 산소를 통해서는 계절 변화의 원인을 설명할 수 없었다. 그러나 그 역할을 질소와 아르곤이 대신해주었다.

연구의 참여한 미시간 대학의 대기‧우주과학자 스실 아트레야(Sushil Atreya) 교수는 언론과의 인터뷰를 통해 “질소와 아르곤을 통해 화성 대기 중에 ‘압력 평형(Pressure Equalizing)’의 원리가 작용하고 있다는 새로운 놀라운 사실을 발견했다.”고 말했다.

산소가 화성의 대기 현상을 설명할 수 있는 지표가 될 수 없는 데 대한 이유도 설명이 이루어지고 있다.

NASA 고다드 우주센터의 행성과학자 멜리사 트레이너(Melissa Trainer) 박사는 “산소의 변화가 화성의 대기 역학(atmospheric dynamics)을 설명하는 데 있어 중요한 이슈가 되지 못한다.”고 말했다.

그러나 산소가 생명체와 밀접한 관계가 있는 만큼 화성을 연구하는 과학자들은 산소를 대체할 수 있는 메탄에 관심을 기울이고 있다.

게일 분화구 안에 0.00000004%의 메탄이 묻혀 있다는 연구 결과가 나왔지만 너무 적은 양이라 분석 장치를 통해 식별조차 힘들 정도다.

그러나 트레이너 박사는 “큐리오시티에 내장돼 있는 SAM의 TDLS(Tunable Laser Spectrometer)를 통해 계절변화에 따라 메탄의 양에 정기적인 변화가 일어나고 있음을 확인하고 있다.”고 말했다.

심지어 그는 “약 60%까지 그 양이 증가하는 경우도 발생하고 있다.”고 말했다. 트레이너 박사는 “아직 그 원인을 설명할 수는 없지만 이 변화를 일으키는 극적인 상황이 진행되고 있음은 짐작할 수 있다.”고 말했다.

연구진은 현재 메탄을 중심으로 그 원인을 밝혀내고 있는 중이다.

논문 공동저자인 스실 아트레야 교수는 “지금까지의 연구 결과가 미약하지만 향후 산소와 메탄과의 상관관계가 화성의 절기를 연구하는 것은 물론 화성의 생물 존재 여부를 연구하는데 중요한 이슈가 될 것”이라고 예상했다.

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