[아하! 우주] “화성의 지각 아래 바다가 숨겨져 있다”

화성의 지각 아래 바다가 숨어 있을 가능성이 높다는 새로운 연구결과가 발표되었다. 이는 화성의 바다가 오래 전에 우주로 증발되어 사라졌을 거라고 보는 기존의 학설을 뒤엎는 것으로 학계의 주목을 받고 있다.

이전 연구에 따르면 화성은 한때 지구 대서양의 절반 정도 수량으로 화성 지표를 약 100~1500m 깊이로 뒤덮은 바다가 존재했을 것으로 추정되어 왔다. 물이 있는 지구상의 거의 모든 곳에 생명체가 존재하듯이 화성의 바다는 한때 생명체의 고향이었으며, 그 중 일부는 여전히 살아 있을 가능성을 제기한다.

그러나 지금의 화성은 춥고 건조하다. 지금까지 과학자들은 붉은 행성이 자기장 보호막을 잃은 후 태양 복사와 태양풍으로 인해 대부분의 공기와 물을 우주로 빼앗기고 말았다고 생각했다. 현재 화성이 대기 중에 보유하고 있는 물과 얼음의 양은 약 20~40m 두께로 화성 지표를 덮을 수 있을 정도다.

그러나 최근 발견은 화성의 바다를 만들었던 대부분의 물이 우주로 증발해 날아가지는 않았다는 것을 시사해준다. NASA의 화성 탐사선 MAVEN(Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) 임무와 유럽우주국의 화성 궤도선 마스 익스프레스의 데이터에 따르면 화성 대기에서 물이 사라지는 속도로 볼 때 화성은 지난 45억 년 동안 약 3~25m 깊이의 바다를 잃은 것으로 나타난다.

이제 과학자들은 한때 화성이 가졌던 물의 대부분이 화성의 지표 아래에 있는 암석 결정 구조의 지각 속에 갇혀 있을 가능성이 높다는 사실을 발견했다. 연구진은 지난 16일(현지시간) ‘사이언스’ 저널과 달-행성 과학 컨퍼런스에서 발견한 내용을 온라인으로 자세히 설명했다.

탐사선과 화성 궤도선의 데이터 그리고 화성의 운석을 사용하여 연구자들은 원시 화성에 존재했던 물의 양을 추정하고, 시간이 지남에 따라 얼마나 많은 손실이 있었는지 추정하는 화성 모델을 개발했다. 이 손실의 잠재적인 메커니즘은 물이 우주로 빠져나가는 것과 화학적으로 미네랄에 통합되는 양을 모두 포함한다.

과학자들이 화성이 우주로 빼앗긴 물의 양을 추정하는 한 방법은 대기와 암석 내에 있는 수소 수준을 분석하는 것이다. 모든 수소 원자는 핵 안에 양성자 하나를 갖고 있지만, 일부는 여분의 중성자를 가지고 있어 중수소로 알려진 동위원소를 형성한다. 일반 수소는 무거운 중수소보다 행성의 중력에서 더 쉽게 우주로 빠져나간다.

화성 샘플에서 가벼운 수소와 무거운 중수소 원자의 수준을 비교함으로써 연구자들은 시간이 지남에 따라 붉은 행성이 얼마나 많은 수소를 잃었는지 추정할 수 있다. 물 분자는 2개의 수소 원자와 1개의 산소 원자로 구성되어 있다. 태양 복사가 화성의 물을 수소와 산소 분자로 분리시켰기 때문에 화성의 수소 손실 추정치를 알면 화성의 물이 얼마나 사라졌는지를 알아낼 수 있다.

새로운 연구에서 과학자들은 화성에서 볼 수 있는 수소 대 중수소 비율이 원시 화성의 물 30~99%가 화학반응으로 화성 지각 아래 묻히고 나머지 물은 우주로 사라졌음을 말해준다고 설명한다. 전체적으로 연구원들은 약 41억~37억 년 전 고대 화성이 40~95%의 물을 잃었으며, 그들의 모델은 화성의 물의 양이 약 30억 년 전에 현재 수준에 도달했다고 제안했다.

캘리포니아 공과대학의 행성 과학자인 에바 셸러 박사는 “화성은 기본적으로 30억 년 전에 오늘날 우리가 알고 있는 건조한 행성이 되었다”고 밝혔다. 화성 지각 아래 묻힌 물의 양에 대한 새로운 추정치는 상당히 큰 오차를 보이는데, 이는 먼 과거에 화성이 우주로 물을 잃은 속도에 대한 불확실성 때문이라고 지적하는 셸러 박사는 “2월에 화성에 착륙한 NASA의 퍼서비어런스 로버가 이러한 추정치를 결정하는 데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 예상하면서 “로버가 화성 지각의 가장 오래된 부분 중 하나를 탐사할 것이므로 과거의 물 손실 과정을 파악하는 데 도움이 될 수 있다”고 기대했다.

또한 셸러 박사는 "화성이 가지고 있던 물의 대부분은 여전히 지각 안에 잠겨 있을 수 있지만, 이것이 미래의 화성 우주 비행사가 그 물을 쉽게 추출하여 화성 개척에 사용할 수 있음을 의미하지는 않는다"면서 “대체로 화성 지각에는 여전히 물이 많지 않기 때문에 상당한 양의 물을 얻으려면 많은 암석을 가열해야 할 것“이라고 밝혔다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com