[과학] 화성에서 인간이 사는방법 총정리, 화성 테라포밍 방법, 최초의 화성탐사선과 화성의 자전주기 설명

서론

인간이 화성에 이주하여 생활하는 것을 소재로 하는 공상 과학 영화는 많은 편이다. 그러나 실제로 인간이 화성에 이주하기 위해서는 과학이나 공학의 측면에서 검토해야 할 것들이 매우 많다. 화성 이주를 실행하는 것은 화성에 무인 탐사선을 보내는 것과는 커다란 차이가 있다. 영국의 물리학자 스티븐 호킹의 행성 이주설이로 인해 많은 이슈가 되었죠. 인간이 화성에 정착하려면 가혹한 우주에서 안전하게 활동할 수 있는 새로운 환경을 만들어야 하는 것이 전제조건입니다. 식량, 물, 공기를 공급하는 것은 비교적 쉬운 일입니다. 지구처럼 사람이 살 수 있는 생물학적 환경을 만드는 작업은 훨씬 더 어렵다고 합니다. 

화성탐사

1. 화성의 자전 주기, 최초의 화성탐사

화성의 지형은 북반구와 남반구가 큰 차이를 보인다. 북반구는 고도가 낮고, 용암이 흘러 평탄한 지형을 이루고 있으며, 남반구는 고도가 높고 달과 같이 운석이 충돌하면서 만든 크레이터가 많이 분포한다. 화성에는 길이가 약 3000km이고, 깊이가 약 8km인 마리네리스 협곡(7BMMFT.BSJOFSJT)이 존재하는데, 이는 태양계에서 가장 큰 협곡이다. 또, 화성의 적도 부근에는 지름이 550km-6000km, 높이가 25km에 이르는 거대한 화산이 있는데, 이는 에베레스트산보다 약 3배 높아 태양계에서 가장 높은 산으로 알려져 있다. 행성이 자전축 둘레를 한 번 회전하는 데 걸리는 시간을 말한다.

화성의 자전 주기는 지구의 자전 주기보다 약 40 분 길기 때문에 화성의 하루는 지구의 하루보다 약 40 분 길다.1970년대에 바이킹 1호와 2호는 화성에 착륙한 후 탐사 로봇이 탐사한 수많은 자료를 지구로 전송하였다. 2000년대 이후에는 스피릿과 오퍼튜니티로 불리는 쌍둥이 로봇이 화성에 착륙하여 화성 표면의 지형을 탐사하였다.

 화성은 24시간 37분마다 자전을 하고, 자전축도 25도 기울어져 있어서 지구처럼 계절의 변화가 있습니다. 화성에는 96%가 이산화 탄소로 이뤄진 대기가 있지만, 질량이 지구의 0.005% 수준에 불과합니다. 화성의 표면 온도는 최저 영하 140℃와 최고20℃로 지구보다 훨씬 춥습니다. 더욱이 화성도 달처럼 자기장이 없어 우주에서 날아오는 우주선을 차단할 수 없습니다.

2. 테라포밍을 위한 조건

미국항공우주국(NASA)에서는 인간이 화성에 거주할 때 이글루와 같이 둥근 모양으로 두꺼운 얼음집을 지을 것을 제안한 적이 있다. 과학자들은 얼음집이 밤과 낮의 극심한 온도 차이와 유해한 우주선으로 부터 인간을 보호할 수 있을 것으로 생각하였다. 이와 같이 화성에 거주지를 설계할 때는 화성의 환경으로부터 인간이 안전하게 지낼 수 있도록 해야한다고 합니다. 화성까지 가는 길 역시 멀고도 험합니다. 화성이 지구에 가장 가까이 다가올 때를 이용하더라도 6개월이 넘게 걸립니다. 화성에 화려한 인공 도시를 건설하더라도 화성으로 이주하려면 그 머나먼 여행을 견뎌내야만 합니다. 아름다운 푸른 행성 지구를 떠나 행성으로 이주하는 일은 절대 만만치 않을 것이라는 뜻입니다. 

3. 화성의 대기, 토양, 자기장, 물의 흔적

화성에서는 해가 뜰 때나 질 때 지구에서 보이는 것과 같은 노을을 보기 어렵다. 이는 화성에 대기가 매우 희박하여 햇빛의 산란이 일어나기 어렵기 때문이다. 화성의 표면은 지구의 사막 환경과 비교할 수 있다. 화성의 표면이 붉게 보이는 것은 토양 성분 중에 산화 철이 많이 포함되어 있기 때문이다. 화성은 지구와는 달리 자기장이 거의 형성되어 있지 않으므로 태양풍이나 유해한 우주선이 지표까지 도달한다. 

화성에서 화산 활동을 보여주는 가장 인상적인 증거는 층층이 쌓인 층상화산의 존재이며, 그 예로 올림푸스산은 태양계에서 가장 높은 화산으로 확인되었으며 고도는 평균 화성 표면기준으로 26km로, 지구 에베레스트산의 해발고도의 3배에 달한다. 산기슭 가장자리는 높이 6km에 달하는 절벽으로 둘러싸여 있다. 몇몇 대형 화산들이 타르시스 벌지 근처에서 발견되었으며 타르시스 벌지는 대륙 크기 정도로 크게 불룩 솟은 지형으로, 긴 시간 동안 상승하는 맨틀의 기둥 때문에 지각이 위로 솟고 용융된 암석이 분출되면서 거대한 화산을 형성했을 것이라 추정된다.

흐르는 물에 의해 침식되었음이 분명해 보이는 말라버린 강바닥의 모습도 발견되었으며 물이 흐르지 않게 된 것은 아주 오래전이지만 그 이유는 불분명하다. 수로 위의 충돌 크레이터 개수를 측정과 주변 충돌 크레이터 개수측정 비교를 통한 결과는 물의 흐름이 멈춘 것은 적어도 20∼30억 년 전임을 추정할 수 있다. 오늘날 화성의 물은 과거에 화성 표면에 존재하던 대부분의 물은 우주공간으로 영원히 사라졌다. 

일부의 물은 현재도 얼음 상태로 남아 있다. 상당량은 극관에 남아 있는데 수 미터 두께의 드라이아이스층 위에 물로 된 얼음 층이 덮여 있는 형태로 존재한다. 2008년 북극의 극관 근처에 착륙한 피닉스 탐사선 물의 얼음층을 발견햇으며, 화산 활동 등 열원이 존재하는 지하에서는 액체 상태의 물이 남아 있을지도 모르고, 이 경우 미생물이 생존할 수 있을 것이라고 추정하고 있다.

화성탐사선의 관측결과

4. 화성이 황폐화된 이유?

화성이 액체 상태의 물을 보존할 수 있는 환경에서 얼어붙은 황무지로 변화한 커다란 기후변화가 존재 한다. 과거 화산 활동이 활발하던 시기에는 화산분출로 인해 대규모의 기체가 대기 중으로 방출되었을 것이므로 당연히 화성의 대기는 지금보다 두꺼웠을 것이다.  화성대기 구성 원소 대부분은 수증기와 이산화탄소로 추정하고 있으며, 기체에 의한 온실효과는 화성의 기온을 상승시키는 역할을 하였다. 지구의 화산들이 온실기체를 방출하는 양과 동일하게 화성의 화산들이 온실기체를 방출했다면, 화성은 수십에서 수백 미터 깊이로 바다를 채울 수 있을 만큼의 물을 확보할 수 있었을 것이다. 화성대기의 이산화탄소 손실의 결과, 온실효과가 약화되고 최종적으로는 행성 자체가 얼어붙게 되었다.

일부 이산화탄소는 압축되어 극관의 일부분이 되었고, 또 일부는 표면의 암석에 남아 있으리라 추정하며, 하지만 거의 대부분의 기체는 우주공간으로 증발했다. 화성 대기 중의 이산화탄소 손실과정에는 화성의 자기장 변화와 관련이 있다는 설이 유력하며, 생성 초기에 화성의 핵은 현재 지구의 핵처럼 용융된 금속으로 구성되어 대류가 일어나고 있는 상태였다. 금속핵의 대류와 화성의 자전은 자기장을 형성했고 외부로부터 화성을 보호하는 자기권을 형성했는데 화성은 작은 행성이었으므로 냉각되면서 자기장의 세기는 약해졌고, 핵에서의 대류도 멈춰 대기는 태양풍 입자에 그대로 노출되었을 것이다.

태양풍 입자는 화성의 대기를 제거해 기체를 우주로 돌려 보낼 수 있었다. 메이븐 화성탐사선이 2013년 화성 자기장은 43억~42억년에는 지구처럼 강력한 자기장이 존재했으며 지금까지 과학자들이 자기장이 사라졌다고 파악한 39억년 전 이후인 37억년 전까지도 행성자기장이 존재함을 알아냈다.

화성이 황폐화한 이유

결론

과학자들은 화성의 환경을 지구처럼 바꾸는 테라포밍 기술을 연구하고 있습니다. 이 프로젝트는 수백 년이 걸릴 것으로 예상되지만, 성공한다면 화성은 인간이 자유롭게 거주할 수 있는 행성으로 변화할 수 있다고 합니다. 우리가 잘 알고 있는 일론 머스크와 같은 인물들은 2050년까지 백만 명을 화성에 이주시키겠다는 구상을 발표하면서 유인 우주선을 화성에 보내려고 노력하고 있지만 아직 많은 기술적, 경제적 난관을 극복해야 하는 문제가 남아있습니다.