NASA, 화성 물 지도 공개

아르카디아 평원, 유인 탐사선 착륙지로 유력

미항공우주국(NASA)은 2024년 아르테미스 달 재방문 이후에 우주비행사를 화성으로 보낼 계획이다. 이러한 노력의 일환으로 화성에서 물을 찾으려는 연구가 진행되고 있다.

지난 10일 NASA 제트추진연구소(JPL)는 ‘지구물리학 연구지(Geophysical Research Letters)’를 통해 화성 물 분포도를 공개했다. 이 지도는 화성 정찰궤도선(MRO)과 마스 오디세이 탐사선의 관측 결과를 기반으로 유인 화성 탐사에 적합한 지역을 찾아내기 위해 작성되었다.

화성 북반구의 표시된 영역은 우주선이 착륙해서 쉽게 지하 수빙을 채굴할 수 있는 곳이다. 가운데 하얀 반점은 올림푸스 몬스.  © NASA / JPL-Caltech

화성 북반구의 표시된 영역은 우주선이 착륙해서 쉽게 지하 수빙을 채굴할 수 있는 곳이다. 가운데 하얀 반점은 올림푸스 몬스. © NASA / JPL-Caltech

화성 지표면의 평균 대기압은 지구의 0.6%에 불과해서 액체 상태의 물이 대기에 노출되면 증발해버린다. 양 극점에 거대한 극빙이 있지만, 북극빙은 이산화탄소가 응결한 드라이아이스층으로 여름에는 기화해서 사라진다. 남극에는 약간의 수분을 함유한 더 두꺼운 영구 드라이아이스층이 있다.

그러나 많은 양의 물이 화성 지하에 수빙(water ice) 형태로 존재한다는 것은 이미 밝혀진 사실이다. 이번 발표 자료는 화성 극지방과 중위도 전역에 걸쳐 얼음덩어리가 묻혀 있음을 시사한다.

화성의 지하 수빙 분포도, 보라색-파란색-녹색-빨간색 순으로 표면에 더 가깝다. 검은색은 미세먼지 퇴적층으로 우주선 착륙 시 매몰될 우려가 있다. © NASA / JPL-Caltech / ASU

화성의 지하 수빙 분포도, 보라색-파란색-녹색-빨간색 순으로 표면에 더 가깝다. 검은색은 미세먼지 퇴적층으로 우주선 착륙 시 매몰될 우려가 있다. © NASA / JPL-Caltech / ASU

물은 착륙지 선정에 중요한 요소

유인 화성 탐사에서 물을 획득할 수 있는지는 착륙지 선정에 중요한 요소다. 우주선으로는 많은 물자를 운송하기 어려워서 마실 물과 산소, 귀환용 로켓 연료를 현지에서 직접 만들어야 하기 때문이다. NASA는 이러한 개념을 ‘현장 자원 활용(In-Situ Resource Utilization)’이라고 부르며, 이를 통해 지구에서 운반하는 화물을 최소화함으로써 경제적인 외계 탐사가 가능해진다.

연구 결과, 화성 착륙과 기지 건설에 적합한 지역은 북반구 중위도에 넓게 펼쳐진 ‘아르카디아 평원(Arcadia planitia)’으로 밝혀졌다. 이 지역은 지표면 30cm 이내에서 얼음을 채취할 수 있는 것으로 관측됐다. 같은 위도의 다른 지역은 60cm 이상 파내야 수빙층이 드러난다.

JPL의 행성 과학자인 실뱅 피코(Sylvain Piqueux) 박사는 “이곳은 삽을 사용해서 얼음을 파낼 수도 있다”라면서 “우리는 우주비행사들이 착륙하기 가장 좋은 곳에 초점을 맞춰 화성 지하 수빙의 데이터를 계속 수집하고 있다”라고 말했다.

위성 레이저 고도계로 측정한 화성 지형도. © NASA / JPL / USGS

위성 레이저 고도계로 측정한 화성 지형도. © NASA / JPL / USGS

북반구가 착륙에 유리해

과학자들은 극지방보다 햇볕이 풍부하고 기온이 따뜻한 북반구와 남반구 중위도 지역에 관심을 기울여 왔다. 특히 고도가 낮은 북반구에 착륙하는 것을 더 선호하는 경향이다.

화성은 바다가 없어서 지표면의 평균 고도를 기준으로 삼는다. 북반구에는 충돌 분화구가 거의 없고, 기준 고도보다 낮은 저지대 평야를 이루고 있다. 반면에 남반구 대부분은 그보다 수 km 이상 높은 고지대다. 화성 지표면에서 최저점인 헬라스 분지(-8.2km)와 최고점인 올림푸스 몬스(21.2km)의 고도차는 거의 30km에 육박한다.

아르카디아 평원은 고도가 낮기 때문에 상대적으로 기압이 높아서 우주선이 대기 마찰이나 낙하산을 이용해 속도를 줄일 때 유리하다. 대기가 희박한 화성이지만, 조금이라도 기압이 높으면 소중한 연료를 아낄 수 있다. 실제로 화성 착륙에 성공한 모든 탐사선과 로버는 기준 고도 이하의 저지대에 착륙했다.

화성 대기권에 들어선 ‘스타쉽’ 상상도. © SpaceX

화성 대기권에 들어선 ‘스타쉽’ 상상도. © SpaceX

스페이스X도 아르카디아 평원을 유력한 착륙 후보지로 검토 중인 것으로 알려졌다. 물을 쉽게 구할 수 있고, 대기압이 높다는 점을 반영한 결과다.

피코 박사는 앞으로 다양한 계절에 걸쳐 매장된 얼음이 어떻게 변화하는지 계속 연구할 계획이라고 밝혔다.

JPL의 화성 정찰궤도선 프로젝트 과학자인 레슬리 탬파리(Leslie Tamppari) 박사는 “화성 표면 부근의 얼음을 찾으려고 할수록 더 많이 발견하게 된다. 수년에 걸친 연구를 통해 얼음을 발견하는 새로운 방법을 계속 알아내고 있다”라고 말했다.

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