[데일리포스트=김정은 기자] 화성은 대기가 지구의 1% 정도에 불과하고 물도 거의 존재하지 않는 황량한 행성이다. 하지만 수십억 년 전 화성은 두꺼운 대기로 둘러싸인 강과 바다가 존재하는 물이 풍부한 곳이었다.
◆ 화성의 물은 어디로 사라진거지?
지금까지의 정설에 따르면 화성에 있었던 대량의 물은 지온이 연중 영하인 영구동토(permafrost)로 화성 지하에 매장되어 있는 것으로 알려져 왔다. 실제로 화성의 극지방에는 얼음으로 덮여 하얗게 빛나 보이는 ‘극관(polar cap)’이 발견된다.
국내에서도 방영된 일본 TV 애니메이션 ‘ARIA(ARIA The ORIGINATION)’에서 2300년 화성은 풍부한 물로 덮인 곤돌라 관광이 가능한 곳이다. 이 작품뿐 아니라 SF 작품에서 화성은 지구의 대기·온도·생태계와 유사하게 바꾸어 인간이 살 수 있도록 만드는 테라포밍(Terraforming)에 성공한 ‘물의 행성’으로 그려지는 경우가 많다.
하지만 최근 발표된 화성 물 순환 주기에 관한 최신 연구에 따르면 화성에 대량의 물이 얼음 형태로 지하에 매장되어 있다는 생각은 잘못됐을지 모른다.
학교에서 배운 지구의 물 순환(water cycle)을 떠올려보자. 물은 공기 중으로 증발하기도 하고 공기 중에 떠돌다 이슬이나 서리의 형태로 다시 물이 되기도 한다. 더 멀리 올라가 구름이 되기도 하며 구름은 비나 눈의 형태로 우리 곁으로 다시 돌아온다.
과학자들은 지구와는 다른 화성의 물 순환을 발견했다. 연구에 따르면 화성의 풍부한 물은 수증기 형태로 상층부로 이동한 후, 태양광선에 의해 분해되어 결국 대부분 우주공간 속으로 사라졌을 가능성이 있다.
그렇다면 화성의 물은 왜 대기권 상층부로 올라가 결국 없어지는 것일까?
◆ 지구와 다른 화성의 물 순환 주기 때문
모스크바 물리공과대학(MPS)과 독일 막스플랑크·솔라시스템 연구소(Solar Plan Research Institute for Solar System Research)는 공동으로 제작한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 화성의 수증기가 우주로 빠져나가는 메커니즘을 밝혔다.
해당 연구는 '지구물리학 연구지(Geophysical Research Letters)'에 게재됐다.
연구팀에 따르면 지구 시간으로 2년에 한 번 여름이 찾아오는 화성 남반구에서는 수증기가 대기권의 하층부에서 상층부로 올라간다. 그리고 기체 대부분이 바람을 타고 북극으로 옮겨져, 그 중 일부는 다시 하층부로 돌아가고 나머지는 우주로 빠져나간다.
화성 공전 궤도는 지구보다 이심률이 큰 타원형이기 때문에 남반구가 여름인 시기에 태양과 가장 가깝다. 북반구 여름 보다 남반구 여름이 훨씬 덥고 더운 기간도 지구보다 훨씬 길다. 이 영향으로 수증기가 국소적으로 매우 높은 상층부까지 올라가게 되는 것.
◆ 화성의 물 적어도 80% 사라져
MPS의 폴 할토(Paul Hartogh) 박사는 "화성의 남반구가 여름인 시기에는 특정 시간에 국소적으로 따뜻한 공기와 함께 수증기가 상승해 대기권 상층으로 이동한다"고 설명한다.
이 때 일부 수증기 물 분자가 수소(H)와 하이드록실 라디칼(OH)로 분해, 이 중 수소가 우주 공간으로 사라진다. 그리고 몇 년에 한 번 발생하는 대형 모래 폭풍에 의해 이 과정에 가속도가 붙는다. 먼지 입자가 태양광을 흡수해 열을 가지기 때문에 기온이 30도나 오를 수 있다.
논문 대표 저자인 드미트리 샤포슈니코프(Dmitry Shaposhnikov)는 "시뮬레이션을 통해 얼음에서 수증기로 변화할 때의 미세물리 과정에 대기 먼지가 작용하는 모습을 확인할 수 있다"고 설명했다.
지금 이 시간에도 화성의 물은 수소 형태로 우주로 빠져나가고 있다. 연구팀의 시뮬레이션에 따르면 화성에 원래 존재했던 대량의 물은 적어도 80%가 사라진 것으로 파악된다.