화성

화성사진

화성은 태양계의 4번째 행성이며, 4개의 지구형 행성 중 하나이다. 표면의 철의 산화로 붉은색을 띠기 때문에 동양권에서는 불을 뜻하는 화를 써서 화성 또는 형혹성이라 부르고 서양권에서는 로마 신화의 전쟁의 신 마르스의 이름을 따 Mars라 부른다. 오늘날 영어에서 3월을 뜻하는 March도 여기서 유래되었다. 지구와의 평균 거리는 7,800만 km이다. 화성의 지름은 지구의 1/2 정도이다. 자전 주기는 24시간 37분 22초로 지구보다 더 길다. 매리너 4호가 1965년에 화성을 처음으로 근접 비행을 하기 전까진 과학계 안팎의 사람들은 화성에 대량의 물이 존재하리라고 기대하였다. 그러나 기대의 근거는 화성의 극지방에서 밝고 어두운 무늬가 주기적으로 변화한다는 사실이었다. 1960년대 중방 이전까지 사람들은 농업을 위한 관개수로가 화성에 있으리라 기대하기까지 했다. 이는 사실 20세기 초, 중반의 공상과학 작가들의 상상에 영향받은 것으로, 1950년대 이후의 탐사선에 의한 관측으로 화성 운하는 존재하지 않았음이 밝혀졌다.

 

물과 생명체의 발견에 대한 기대로 많은 탐사선들에 미생물을 찾기 위해 센서들이 탑재되어 화성에 보내졌다. 화성에서는 다량의 얼음이 발견되었고, 생명체가 존재할 가능성이 제기되고 있다. 하지만 화성 표면에서의 액체 상태의 물은 낮은 대기압으로 인하여 존재할 수 없다는 것이 밝혀졌다. 한편 화성의 극관은 물로 구성되어 있어, 이 극관에 존재하는 물은 화성의 표면을 11m의 깊이로 뒤덮기에 충분히 많은 양이 존재한다. 2016년 나사는 화성 표면 안에 얼음이 존재할 것이라고 새로운 발표를 하였다. 화성의 자전 주기와 계절의 변화 주기는 지구와 비슷하다. 화성에는 태양계에서 가장 높은 산인 올림푸스 화산이 있으며, 역시 태양계에서 가장 큰 계곡인 매리너스 협곡과 극관을 가지고 있다. 화성은 밤하늘에서 붉은빛을 띠면 맨눈으로도 쉽게 관측이 된다. 겉보기 등급 1.6~3.0등급이며 태양, 달, 금성, 목성 다음으로 하늘에서 갖아 밝은 태양계의 천체이다.

 

 

화성의 물리적 특성

화성은 붉게 타는 듯한 외형을 가지고 있다. 화성의 표면적은 지구의 4분의 1밖에 되지 않으며, 질량은 10분의 1밖에 되지 않는다. 화성은 두 개의 작은 위성인 포보스와 데이모스를 가지고 있다. 화성의 대기권은 매우 얇으면, 표면의 기압은 7.5 밀리바밖에 되지 않는다. 화성 대기의 95%는 이산화탄소로 덮여 있으며, 이 밖에 3% 질소, 1.6 % 아르곤과 약간의 산소로 이루어져 있다.

지질

궤도선의 관측과 화성 기원의 운석에 대한 분석 결과에 의하면, 화성의 표면은 기복적으로 현무암으로 되어 있다. 화성 표면의 일부는 지구의 안산암과 같이 좀 더 이산화규소가 풍부하다는 증거가 있으나 이러한 관측은 규산염과 같은 유리의 존재를 통해서 설명될 수도 있기 때문에 결정적이지는 않다.

 

표면의 대부분은 산화철의 먼지로 덮여있다. 화성의 표면에 일시적이나마 물이 존재했다는 결정적인 증거가 있다. 화성 표면에서 발견된 암염이나 침철석과 같이 대체로 물이 존재할 때 생성되는 광물이 발견되었기 때문이다.  비록 화성 자체의 자기장은 없지만, 과거 행성 표면의 일부는 자화 된 적이 있음이 관측을 통해 밝혀졌다. 화성에서 발견된 자화의 흔적은 지구의 해양지각에서 발견되는 교대하는 띠 모양의 고지자기 와 비교되어 왔다.

 

1999년에 발표되고 2005년에 마스 글로벌 서베이어로부터의 관측 결과의 도움으로 재검토된 이론에 따르면, 이들 지자기의 띠들은 과거에 있었던 화성의 판구조 활동의 증거일 수 있다. 극 이동으로도 화성에서 발견된 고지 자기를 설명할 수 있었다.

 

화성의 내부는 지구와 마찬가지로 화성은 밀도가 낮은 물질로 중첩된 고밀도 금속 중심부로 분화했다. 화성은 주로 유향 16~17%의 철과 니켈로 구성된다. 이 황화철 황화핵 지구의 핵보다 가벼운 원소가 두 배 더 풍부하다고 추측된다. 중심부는 행성에서 많은 지각과 화산 형상을 형성한 규산염 맨틀에 둘러 싸여 있지만, 휴면에 있는 것으로 보인다. 실리콘과 산소 외에 화성 지각에서 가장 풍부한 원소는 출, 마그네슘, 알루미늄, 칼슘, 칼륨이다 

 

지형

화성의 좌표를 설정하기 위하여서는 자오선과 0점 고도가 정해져야 한다. 화성에는 바다가 없기 때문에 해수면이 없어서 0 점고도면이나 평균 중력 표면이 임의의 지점으로 선택될 수밖에 없다. 또한 적도와는 달리 경도의 기준점은 임의로 선택이 가능하기 때문에 공통된 규약을 정할 필요가 있다.

그리하여 임의적으로 사이너스 메리다아니 안의 분화구가 0점 자오선을 나타내는 것으로 선택되었다. 화성 지형의 몇 가지 지복적인 특징은 다음과 같다. 화성은 극지방이 얼음과 이산화탄소를 포함하는 얼음 제대로 덮여 있다. 또한 화성에는 발레스 매리너리스 또는 화성의 흉터라고 불리는 태양계에서 가장 큰 {협곡 지대}가 있다. 이협곡 지대는 4000km의 길이에 깊이는 7km에 이른다 

 

화성은 밀도가 낮은 물질로 중첩된 고밀도 금속 중심부로 분화했다. 화성 북반구와 남반구 지형의 비대칭성은 매우 인상적이다. 북쪽 부분은 용암층이 흘러내림으로 인해 평평하고, 남쪽은 고지대에 오래 전의 충격으로 인해 구멍이 파이고 분화구가 생겨나 있다. 지구에서 본 화성의 표면은 확실히 두 부분의 구역으로 나뉘어 있다.

먼지와 산화철이 섞인 모래로 뒤엎인 좀 더 창백한 부분은 한때 "아라비아의 땅"이라 불리며 화성의 대륙으로 여겨졌고, 어두운 부분은 바다로 여겨졌다. 지구에서 보이는 가장 어두운 부분은 시르티스 메이저이다. 화성에서 가장 큰 분화구는 헬라스 분지인데, 가벼운 붉은 모래로 덮여 있다. 화성 표면 지역의 이름을 짓는 작음은 국제 천문 연맹의 "행성계 명명법 워킹 그룹"이 담당하고 있다.

 

대기 

화성의 대기압은 0.6에서 1.0 kpa로, 지구의 대기 밀도와 비교하면 1/100 정도로 매우 낮다. 대기가 적으므로 기압이 매우 낮고 물이 있더라도 기압 때문에 빨리 증발하게 된다. 과학자들은 과거의 화성은 물이 풍부하고 대기도 지금보다 컸으리라고 추측한다. 대기의 주성분인 이산화탄소가 얼어 거대한 극관을 형성하는 과정이 양극에서 교대로 일어나고 이산화탄소는 눈총을 형성하고 봄이 되면 증발한다

 

자기권

아주 오래전 화성은 태양풍을 막을 수 있을 만큼 충분히 강한 자기권을 가지고 있었으리라 여기 진다. 그러나 40억 년 전 화성의 다이나모가 멈추고 난 뒤에는 투자율이 높은 광물에 잔류 자기가 남아있는 정보밖에는 자기장을 가지고 있지 않다. 시간이 지남에 따라 이런 광물은 풍화되었기 때문에 현재는 남반구의 고지의 일부에서만 관측할 수 있다.

 

태양풍은 화성의 전리층에 직접 닿기 때문에 화성의 대기는 조금씩 벗겨져 나가고 있다고 여겨지나 그 양은 아직 활살하지 않다. 마스 글로벌 서베이어와 마스 익스프레스는 화성이 지나간 자리에 남아있는 이온화된 대기의 입자를 탐지하였다.

 

화성의 공전과 자전 

화성의 궤도 이심률은 약 7%로 상대적으로 큰 편이다. 태양계에서 이보다 더 이심률이 큰 궤도를 가지는 행성은 수성밖에 없다. 태양까지의 평균거리는 약 2억 2천만 km이며, 공전 주기는 686.971일이다. 화성의 태양일은 지구보다 약간 길어서 24시간 37분 22초 정도이다. 화성의 자전축은 25.19도만큼 기울어져 있어서 지구의 기울기와 거의 비슷하다. 그 결과 화성에서는 지구와 마찬가지로 계절이 나타난다. 하지만 공전 가속도가 느리기 때문에 계절의 길이는 지구에 비해 약 2배 정도 된다.

 

 

화성의 위성 

포보스와 데이모스가 화성의 위성이다. 이들은 늘 달 쪽으로 같은 면을 향하고 있다. 포보스의 화성 주위 궤도가 화성 자체가 자전하는 속도보다 빠르며 아주 서서히 그러나 꾸준히 화성에 가까워지고 있다. 언젠가 미래에는 포보스가 화성 표면에 충돌하게 될 것이라고 예측한다. 반면에 데이모스는 충분히 멀리 떨어져 있고 서서히 멀어지고 있다. 두 위성은 모두 1877년 미국인 천문학자 아사프 홀이 발견했고, 그리스 신화에 나오는 마르스의 두 아들의 이름을 따 명명되었다.

 

 

화성 관측의 역사

기원전 1600년경에 화성에 대한 관측이 시작되었다고 여겨지며, 화성은 불과 같이 붉게 빛나고 다른 천체와 달리 하늘에서 이상하게 움직인다고 알려졌다.  바빌로니아인은 이미 기원전 400년경에 천문현상을 연구했었으며 일식, 월식과 같은 천문현상을 예측하기 위해 고도로 발달된 방법을 사용하였다. 그들은 그들의 달력과 종교적인 이유에서 그들을 주의 깊게 연구하였다. 그러나 그들이 목격한 현상에 대해서 깊게 분석한다거나 설명하려고 하지 않았다.

 

바빌로니아인들은 화성을 네르갈이라 불렀다.  이집트인은 별이 "고정된" 듯이 보이며, 태양이 고정된 별에 대하여 상대적으로 이동한다고 생각했다. 또한 그들은 하늘의 5개의 빛 나는 천체가 고정된 별 사이를 움진인 다는 것을 알았다. 이집트이은 화성을 "죽음의 별"이라고 불렀다. 그리스인은 화성을 전쟁의 신의 이름을 따서 아레스라고 불렀다.

 

로마에서도 이 이름을 그대로 번역하여 화성을 마르스라고 불렀고 이는 지금까지 화성의 영어 이름으로 존재하게 된다. 화성의 기호는 마르스의 방패와 칼로 여겨진다. 조반니 스키아파렐리는 1877년, 화성에서"canali"로 보이는 것이 발견되었다고 발표했다. 이 단어는 이탈리아어로 "운하들"을 뜻하며 영어로는 "canals, watrrways"가 된다. 당시 수에즈 운하도 건설되던 차 화성탐사 열품이 시작되었다.