화성: 태양계

화성: 태양계

화성의 지질학적 이해와 탐사의 역사 화성은 태양으로부터 네 번째 위치에 있는 행성으로, 그 주황색-빨간색의 표면은 산화철(III) 먼지로 인해 '붉은 행성'이라는 별명을 얻었습니다. 이 먼지는 화성의 지표를 독특하게 만들며, 고대부터 인류의 관심을 끌어왔습니다. 화성은 지구형 행성으로 분류되며, 직경은 6,779km로 태양계 행성 중 두 번째로 작습니다. 화성의 하루는 지구 시간으로 24.5시간이며, 한 해는 약 687지구일, 즉 1.88지구년과 같습니다. 화성의 표면은 북부의 평평한 평야와 남부의 고지대 분화구 지형으로 크게 나뉘는데, 이는 화성의 이분법적 지형으로 알려져 있습니다. 특히 화성은 올림푸스 몬스와 같은 거대한 사화산과 태양계에서 가장 큰 협곡인 마리네리스 계곡을 포함하고 있어 지질학적으로 매우 흥미로운 행성입니다. 또한, 화성 지진, 먼지 악마, 권운 등 다양한 자연 현상이 관찰되며, 이산화탄소로 이루어진 얇은 대기와 극지방의 만년설은 화성의 독특한 환경을 형성합니다. 약 45억 년 전에 형성된 화성은 노아키아 시대부터 아마존 시대에 이르기까지 다양한 지질학적 변화를 겪었습니다. 이러한 변화는 화성 표면의 운석 충돌, 계곡 형성, 침식, 바다의 존재 가능성 등을 포함하며, 화성의 지질학적 역사는 과거 또는 현재 생명체의 존재 가능성에 대한 큰 과학적 관심을 불러일으키고 있습니다. 20세기 후반부터 화성은 다양한 무인 우주선과 탐사선에 의해 탐사되었습니다. 1965년 마리너 4호의 최초 저공비행을 시작으로, 1971년 화성 2호의 최초 궤도선 진입, 1976년 바이킹 1호의 첫 착륙에 이르기까지 여러 중요한 임무가 수행되었습니다. 2023년 현재, 화성 궤도나 화성 표면에는 적어도 11개의 활성 탐사선이 있으며, 화성은 미래의 인간 탐사 임무를 위한 매력적인 목표로 남아 있습니다. 그러나 2020년대에는 인간 탐사 임무가 계획되지 않고 있는 상황입니다.

 

화성의 과거와 현대:

지질학적 변화의 추적 과학자들은 태양계가 형성되는 동안 태양 주위를 공전하는 원시 행성 원반에서 물질이 무작위로 강착되는 과정의 결과로 화성이 생성되었다는 이론을 세웠습니다. 화성은 태양계에서의 위치로 인해 많은 독특한 화학적 특징을 가지고 있습니다. 염소, 인, 황과 같이 끓는점이 비교적 낮은 원소는 지구보다 화성에서 훨씬 더 흔합니다. 이 요소들은 아마도 어린 태양의 강력한 태양풍에 의해 바깥쪽으로 밀려났을 것입니다. 행성이 형성된 후, 내부 태양계는 소위 후기 중폭격(Late Heavy Bombardment)을 겪었을 수 있습니다. 화성 표면의 약 60%는 그 시대의 충돌 기록을 보여주고 있으며, 나머지 표면의 대부분은 아마도 그 사건으로 인한 거대한 충돌 분지 아래에 있을 것입니다. 그러나 최근의 모델링에서는 후기 중폭격의 존재에 대해 이의를 제기했습니다. 화성 북반구에는 10,600 x 8,500km에 달하는 거대한 충격 분지의 증거가 있습니다. 이는 달의 남극 크기의 대략 4배인 에이트켄 분지입니다. 확인되면 충격 분지가 아직 발견되지 않았습니다.

 

약 40억년 전 화성이 명왕성 크기의 천체와 충돌했을 때 분지가 형성되었다는 가설이 세워졌습니다. 화성의 반구 이분법의 원인으로 생각되는 이 사건은 화성의 40%를 덮는 매끄러운 보레알리스 분지를 만들었습니다. 2023년 연구에서는 데이모스(화성의 작은 위성)의 궤도 기울기를 기반으로 화성에 한때 35억년에서 40억년 전에 고리 시스템이 있었을 수 있다는 증거를 보여줍니다. 이 고리 시스템은 수십억 년 전에 화성 궤도를 도는 포보스보다 20배 더 큰 달에서 형성되었을 수 있습니다. 그리고 포보스는 그 반지의 잔재가 될 것입니다. 화성의 지질학적 역사는 여러 시기로 나눌 수 있지만, 주요 시기는 다음과 같습니다: 노아키아 시대(Noachian period): 화성의 현존하는 가장 오래된 표면의 형성, 45억~35억년 전. 노아키아 시대의 표면에는 많은 큰 충돌 분화구가 있어 상처가 나 있습니다. 화산 고지대인 타르 시스 돌출부는 이 기간 동안 형성되었으며, 이 기간 후반에 액체 물로 인한 광범위한 범람이 있었던 것으로 생각됩니다 

 

화성의 지질과 환경

화성은 규소와 산소, 금속 및 일반적으로 암석을 구성하는 기타 원소를 포함하는 광물로 구성된 표면을 가진 지구형 행성입니다. 화성 표면은 주로 톨레암 현무암으로 구성되어 있지만, 일부는 일반적인 현무암보다 실리카가 더 풍부하고 지구의 안산암 암석이나 실리카 유리와 유사할 수 있습니다. 낮은 알베도 지역은 사장석 장석의 농도를 암시하며, 북쪽의 낮은 알베도 지역은 판상 규산염과 고규소 유리의 농도가 정상보다 높은 것으로 나타납니다. 남부 고지대 일부에는 검출 가능한 양의 고칼슘 휘석이 포함되어 있습니다. 적철석과 감람석의 국부적인 농도가 발견되었습니다. 표면의 대부분은 미세한 입자의 산화철(III) 먼지로 깊게 덮여 있습니다. 화성은 구조화된 지구 자기장에 대한 증거가 없지만, 관측에 따르면 화성의 지각 일부가 자화되어 과거에 쌍극자장의 교대 극성 반전이 발생했음을 시사합니다. 자기적으로 민감한 광물의 고지 자기는 지구의 해저에서 발견되는 교번 띠와 유사합니다.

 

1999년에 발표되고 2005년 10월에 재검토된 한 가지 이론은 이 띠가 행성 발전기가 기능을 멈추고 행성의 자기장 필드가 사라졌다는 것입니다. 피닉스 착륙선은 화성 토양이 약알칼리성이며 마그네슘, 나트륨, 칼륨, 염소와 같은 원소를 함유하고 있음을 보여주는 데이터를 반환했습니다. 이러한 영양소는 지구상의 토양에서 발견됩니다. 그들은 식물의 성장에 필요합니다. 착륙선이 수행한 실험에 따르면 화성 토양의 기본 pH는 7.7이고 인간에게 독성이 있는 농도의 과염소산 염이 0.6% 포함되어 있는 것으로 나타났습니다.

 

줄무늬는 화성 전역에서 흔히 볼 수 있으며 새로운 줄무늬는 분화구, 골짜기, 계곡의 가파른 경사면에 자주 나타납니다. 줄무늬는 처음에는 어둡다가 시간이 지날수록 밝아집니다. 줄무늬는 작은 영역에서 시작하여 수백 미터에 걸쳐 퍼질 수 있습니다. 그들은 자신의 길에 있는 바위나 기타 장애물의 가장자리를 따라가는 것으로 나타났습니다. 일반적으로 받아들여지는 이론에는 밝은 먼지나 먼지 악마가산사태를 일으킨 후에 드러난 어두운 토양층이 포함되어 있습니다. 물이나 심지어 유기체의 성장과 관련된 설명을 포함하여 몇 가지 다른 설명이 제시되었습니다. 표면의 방사선 수준은 하루 평균 0.64밀리시버트이며, 화성 비행 중 하루 1.84밀리시버트 또는 하루 22밀리라드에 비해 훨씬 적습니다. 비교를 위해 지구의 우주 정거장이 공전하는 낮은 지구 궤도의 방사선 수준은 하루에 약 0.5밀리시버트입니다.

 

Hellas Planitia는 하루 약 0.342밀리시버트로 표면 방사선이 가장 낮으며, 하드리아쿠스 몬스 남서쪽의 용암 동굴을 특징으로 하며 잠재적으로 하루 0.064밀리시버트 수준까지 낮습니다. 화성의 다양한 지질적 특성과 환경은 이 행성이 지구와는 다른 독특한 세계임을 보여줍니다. 화성 표면의 광물 구성, 과거의 자기장 활동, 토양의 화학적 특성, 그리고 방사선 수준 등은 인간이 앞으로 화성 탐사 및 이 행성에서의 생활에 대해 계획을 세울 때 중요한 고려 사항입니다. 이러한 정보들은 향후 화성에 대한 연구와 탐사를 위한 기반을 마련해 주며, 언젠가 인류가 화성을 더 가까이에서 이해하고 탐색할 때 중요한 역할을 할 것입니다. 

 

화성 지도 제작의 선구자들

달 지도 제작으로 더 잘 알려져 있지만, 요한 하인리히 마들러(Johann Heinrich Mädler)와 빌헬름 비어(Wilhelm Beer)는 최초의 지형학자로서 화성의 표면 특징 대부분이 영구적이라는 사실을 확립하고 행성의 자전 주기를 보다 정확하게 결정하는 데 기여했습니다. 1840년, 마들러는 10년간의 관측을 통합하여 최초의 화성 지도를 그렸습니다. 화성의 표면 특징은 다양한 출처에서 이름이 지정되었습니다. 알베도 특징은 고전 신화의 이름을 따라 명명되었습니다. 반면에, 약 50km가 넘는 크레이터들은 사망한 과학자, 작가, 화성 연구에 공헌한 다른 인물들의 이름을 따서 명명되었습니다. 더 작은 크레이터들은 인구가 100,000명 미만인 세계의 도시와 마을의 이름을 따라 명명되었습니다. 큰 계곡들은 다양한 언어로 "화성" 또는 "별"이라는 단어의 이름을 따라 명명되었고, 더 작은 계곡들은 강의 이름을 따라 명명되었습니다. 대규모 알베도 특징은 이전 이름의 대부분을 유지했지만, 특성에 대한 새로운 지식을 반영하기 위해 자주 업데이트되었습니다.

예를 들어, Nix Olympica(올림푸스의 눈)는 Olympus Mons(올림푸스 산)로 변경되었습니다. 지구에서 볼 수 있는 화성의 표면은 알베도가 다른 두 종류의 영역으로 구분됩니다. 붉은색 산화철이 풍부한 먼지와 모래로 뒤덮인 더 창백한 평원은 한때 화성의 "대륙"으로 간주되었으며, 아라비아 테라(아라비아의 땅) 또는 아마조니스 플래니티아(아마존 평야)와 같은 이름이 붙여졌습니다.

 

어두운 특징은 바다로 여겨져 Mare Erythraeum, Mare Sirenum 및 Aurorae Sinus와 같은 이름이 붙여졌습니다. 지구에서 볼 수 있는 가장 큰 어두운 특징은 Syrtis Major Planum입니다. 북극의 영구 만년설은 Planum Boreum으로, 남극 모자는 Planum Australe로 명명됩니다. 화성의 적도는 자전으로 정의되지만, 본초 자오선의 위치는 지구(그리니치)와 마찬가지로 임의의 지점을 선택하여 지정됩니다.

 

Mädler와 Beer는 1830년에 최초의 화성 지도를 위한 기준선을 선택했습니다. 우주선 Mariner 9에 의해 1972년에 화성의 광범위한 이미지가 제공된 후, Sinus Meridiani("중앙 만" 또는 "경도 0.0°의 만")는 원래 선택과 일치하도록 경도 0.0도의 정의를 위해 Merton Davies, Harold Masursky 및 Gérard de Vaucouleurs에 의해 선택되었습니다. 화성에는 바다가 없으므로 "해수면"도 존재하지 않습니다. 따라서 고도 0인 표면을 기준 고도로 선택해야 했습니다. 이는 화성의 아레오이드로 불리며, 지구의 지오이드와 유사합니다. 제로 고도는 대기압이 610.5Pa(6.105mbar)인 고도로 정의되었습니다. 이 압력은 물의 삼중점에 해당하며, 지구 해수면 기압(0.006atm)의 약 0.6%에 해당합니다. 지도 제작을 위해 미국 지질 조사국(United

 

States Geological Survey)은 화성 표면을 30개의 지도 제작 사각형으로 나눕니다. 각 사각형은 포함된 고전적인 알베도 특징의 이름을 따라 명명되었습니다. 2023년 4월, The New York Times는 Hope 우주선의 이미지를 기반으로 화성의 업데이트된 세계 지도를 보도했습니다. 관련이 있지만 훨씬 더 상세한 전 세계 화성 지도가 2023년 4월 16일 NASA에 의해 공개되었습니다. 이처럼 요한 하인리히 마들러와 빌헬름 비어의 초기 작업부터 현대의 우주 탐사까지, 화성 지도 제작은 인류가 이 이웃 행성을 이해하는 방식을 혁신적으로 변화시켜왔습니다. 이러한 지도들은 화성의 지리를 명확히 이해하는 데 필수적이며, 미래의 탐사와 연구를 위한 기반이 됩니다.