화성(Mars) - 태양계의 네번째 행성

0. 목차

1. 기본 데이터
2. 화성의 환경
3. 화성의 물과 얼음
4. 화성에 생명이 존재할 가능성
5. 지구로부터의 화성 관측
6. 화성의 위성
7. 포보스와 데이모스에 사람을 보내면 좋은 점

화성(Mars)

1. 기본 데이터

1. 궤도 반지름(천문단위 지구=1): 1.524
2. 공전 주기: 686.98일
3. 자전 주기: 1.026일 (24시간 37분 22초)
4. 적도 반지름: 3396km (지구의 약 0.38배)
5. 질량: 0.641×10²⁴kg (지구의 약 0.1074배)
6. 평균 밀도: 3930kg/m³
7. 적도 중력: 약 3.7m/s² (지구의 약 0.38배)
8. 위성 수: 2
9. 이심률: 0.0934
10. 궤도 경사각도: 1.849
11. 태양으로부터의 평균 거리: 약 2억 2794만 km (지구의 약 1.523배)

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2. 화성의 환경

 화성은 지구 바깥쪽에 위치한 행성이다. 지구에서도 붉게 빛나는 모습을 볼 수 있기 때문에, 고대 사람들은 화성을 불길한 별이라고 생각했다.

 반지름이 지구의 거의 절반인 화성은 지구와 공통점이 많다. 우선 지각은 지구와 마찬가지로 규산염이 주성분인 암석으로 이루어져 있다. 하루의 주기도 '24시간 37분 22초'로 지구의 자전 주기인 24시간에 가까우며, 지구와 마찬가지로 자전축이 기울어져 있어 사계절의 변화도 나타난다. 다만, 화성의 여름에는 행성 전체를 뒤덮는 대규모 모래폭풍이 발생하는 등, 지구에 비해 사계절의 변화가 극심한 것이 특징이다.

 표면은 이산화탄소가 주성분인 대기로 덮여있다. 다만, 대기는 아주 엷어서 평균 기압은 지구의 약 100분의 1 수준에 지나지 않는다. 대기의 농도는 온실 효과에 커다란 영향을 미친다. 화성처럼 대기가 엷은 행성은 온실 효과가 작기 때문에, 태양 에너지의 증감이 바로 기온에 영향을 준다. 여름의 낮 동안에는 기온이 20℃에도 이르지만, 겨울밤에는 -140℃가 되는 식으로 화성의 표면 온도는 급격하게 변한다. 평균 기온은 적도 부근에서 -50℃ 정도이다.

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3. 화성의 물과 얼음

 화성에도 과거에는 수증기와 이산화탄소를 주성분으로 하는 짙은 대기가 존재했을 것이다. 하지만 많은 운석의 충돌로 인해 점차 대기가 벗겨졌다고 생각된다. 충돌의 충격에 의해 운석은 고온·고압의 증기가 되었고, 그 증기는 대기를 우주 공간으로 날려 보낸 것으로 보인다.

 화성의 지형에는 예전에 물이 흘렀던 흔적이 새겨져 있다. 화성에 물이 있었다는 결정적인 단서를 제공한 것은 처음으로 화성에 착륙한 NASA의 화성 탐사차 '스피릿(Spirit)'과 '오퍼튜니티(Opportunity)'였다. 이 두 대의 탐사차에 의해, 화성에 물이 없었다면 만들어질 수 없는 암석이 있다는 사실이 밝혀졌다. 또 2008년에 화성에 착륙한 NASA의 화성 탐사선 '피닉스'는 토양을 채취하고 분석해, 토양 속에 물이 얼음으로 존재하고 있음을 처음으로 직접 확인하였다.

 그렇다면, 존재하던 물은 어디로 갔을까? 2003년 12월에 화성 선회 궤도에 투입된 '유럽 우주국(ESA: European Space Agency)'의 탐사선 '마스 익스프레스(Mars Express)'의 조사를 통해, 남극의 극관 부근에 수백 km²에 걸쳐 물의 얼음이 존재하고 있다는 사실을 밝혀냈다. 또 지하에도 물이 묻혀있지 않을까 추측하고 있다.

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4. 화성에 생명이 존재할 가능성

 화성은 지구를 제외한 태양계 가운데 생명이 존재할 가능성이 가장 높은 행성이다. 과거의 화성은 생명에 필요한 유기물, 물, 에너지의 세 가지를 모두 갖추고 있었다고 생각된다.

 그러면 생명이 화성에서 왔을 가능성은 없을까? 1996년에 NASA의 연구 그룹이 화성에서 날아온 운석에서 생명의 존재를 보이는 흔적을 발견했다고 발표해 화제가 된 적이 있다. 우리는 지구 밖의 생명이 어떤 모습을 하고 있는지 아직 모른다. 그래서 NASA는 우주에서 '생명의 기원' 등을 찾기 위해 '우주생물학(Astrobiology)'라는 학문 분야를 열어서, 화성을 비롯한 우주에 지구 밖 생명이 있는지에 관해 연구하고 있다.

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5. 지구로부터의 화성 관측

 화성은 지구의 바로 바깥쪽을 도는 행성으로, 거의 2년 2개월마다 지구에 접근한다. 하지만 화성의 궤도는 행성 가운데서도 무척 일그러진 타원이다. 그래서 타이밍에 따라 지구에 접근하는 거리가 크게 달라진다.

5-1. 화성의 '대접근'과 '소접근'

 여름에 가까워지는 경우에는, 화성의 궤도가 태양에 가까운 장소에 닿는다. 그래서 지구에 닿는 거리도 가까워지고, 그 거리가 6000만 km를 밑도는 경우가 있다. 이와 같은 접근을 '대접근'이라고 한다. 여름의 접근 때는 여름 별자리 일대에 빛나기 때문에, 전갈자리의 1등성 '안타레스(Antares)'가 화성과 붉은색을 다툰다. 원래 안타레스는 화성과 겨루는 것처럼 보이기 때문에, 화성에 대적하는 '안티마르스'라는 의미가 어원이다.

 '대접근'할 때 화성은 -2등을 넘는 밝기가 되기 때문에, 사람들의 주목을 받는 경우가 많다. 예컨대 2003년 8월 27에는 5576만 km 거리까지 오는 대접근이 있었다. 2287년까지 이 접근 거리를 앞지르는 경우가 생기지 않는 대단히 특이한 접근이어서, 각지의 공개 천문대에서 사람이 몰려드는 현상이 일어나기도 했다.

 한편, 겨울철에 접근하는 경우에는 화성의 궤도가 크게 펼쳐진 장소에 이른다. 즉, 지구와 태양 모두에서 멀어지므로 접근 거리는 1억 km 이상이 된다. 그렇기 때문에 화성은 대접근만큼 밝아지지 않는다. 이런 경우를 '소접근'이라고 한다. 2012년 3월의 화성 접근은 최접근 거리가 1억 km를 넘는 '소접근'이라고 할 수 있다.

5-2. 화성은 매일 관측 위치가 바뀐다.

 행성인 화성은 항성과는 달리 매일 그 위치가 변한다. 항성은 멀리 떨어져 있어서 그 움직이는 거리는 거의 무시할 수 있을 정도지만, 화성은 지구와 매우 가깝기 때문이다. 화성은 이동 속도가 빨라서, 별자리 사이를 움직이는 모습을 매일밤 관측하면, 그 빠르기를 실감할 수 있을 것이다. 행성은 일반적으로 항성에 대해 서서히 동쪽으로 이동하지만, 때에 따라서 서쪽으로 움직이는 '역행'을 하기도 한다. 그러다가 다시 동쪽을 향해 '순행'으로 바뀐다.

화성의 역행

6. 화성의 위성

 화성의 위성은 2개로, '포보스(Phobos)'와 '데이모스(Deimos)'가 발견되었다. 만약 추가적으로 더 발견된다면, 매우 작은 위성일 것이다. '포보스'는 럭비공 같은 모양을 하고 있으며, 화성에서 약 9380km 떨어진 궤도를 7시간 30분에 걸쳐 일주한다. '데이모스'는 화성에서 약 23000km 떨어진 궤도를 약 30시간의 주기로 공전한다. 이 2개의 위성은 화성에 '조석 작용(천체의 인력 작용)'을 일으킨다. '포브스'는 최종적으로 화성에 낙하할 것으로 예측되고, '데이모스'는 최종적으로 화성의 중력권에서 벗어날 것으로 예측된다.

6-1. 포보스

1. 발견 연도: 1877년
2. 화성으로부터의 거리: 약 6000km

 '포보스(Phobos)'는 1877년 8월 18일에 미국의 천문학자 '아사프 홀(Asaph Hall, 1829~1907)'이 발견하였다. 홀이 동시에 발견한 또 다른 위성인 '데이모스(Deimos)'보다 크며, 비교적 안쪽 궤도를 돌고 있다. 포보스라는 이름은 그리스 신화에 나오는 신의 이름인 '아레스'의 아들 '포보스'에서 따왔다.

 '포보스'는 화성과 목성 사이에 있던 소행성이 화성의 중력에 포착되어 위성이 되었다고 생각된다. 화성 상공 약 6000km 지점을 돌고 있으며, 태양계에서는 모행성에 가장 가까운 위성이다. 화성을 도는 속도가 화성의 자전 속도보다 빠르다. 그래서 화성에서 보면 하루에 2회, 서쪽에서 올라와 동쪽으로 진다. 서서히 화성에 접근하고 있으며, 마침내 화성의 중력의 영향을 받아 화성에 떨어져 파괴될 것으로 보인다.

6-2. 데이모스

1. 발견 연도: 1877년
2. 화성으로부터의 거리: 약 20000km

 '데이모스(Deimos)'는 화성 상공 약 2만 km 지점을 도는 위성으로, 포보스와 마찬가지로 화성에 포착된 소행성이라는 설이 있다. 포보스와는 달리, 데이모스는 조금씩 화성에서 멀어지고 있다.

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7. 포보스와 데이모스에 사람을 보내면 좋은 점

 화성의 위성인 '포보스(Phobos)'와 '데이모스(Deimos)'에 사람을 보내는 것은 여전히 매력적인 미션이다. 이 위성들은 지구의 달보다 덩치가 훨씬 작기 때문에 중력도 훨씬 약하다. '포보스'와 '데이모스'의 유인 탐사는 비용 절감 외에 다음과 같은 장점이 있다.

1. 화성의 위성을 우주정거장으로 사용하면, 다른 행성을 직접 방문하지 않아도 적은 비용으로 자세한 분석을 할 수 있다.
2. 화성의 위성은 화성으로 접근하는 전초기지의 역할을 한다. '포보스'와 '화성' 사이의 거리는 9600km에 불과하므로, 여기에 기지를 건설하면 몇 시간 내에 화성에 도달할 수 있다.
3. 화성의 위성에는 우주에서 떨어지는 운석과 에너지 복사를 막아줄 동굴이 있을 것이다. 특히 포보스의 한쪽 면에는 거대한 '스티크니 분화구(Stickney Crater)'가 있는데, 이것은 과거에 거대한 운석과 충돌했음을 보여주는 증거이다. 이때 충돌의 여파로 엄청난 야의 바위와 먼지들이 하늘로 흩어졌다가, 중력에 의해 서서히 떨어졌을 것이다. 따라서 포보스에는 수많은 동굴과 갈라진 틈이 존재할 것으로 추정된다.