[아하! 우주] 화성의 음파는 지구보다 느리다…퍼서비어런스가 발견

미 항공우주국(NASA)의 화성 탐사선 퍼서비어런스가 화성에서는 소리가 지구에서보다 훨씬 느리게 이동하며, 화성에서의 통신에 이상한 결과를 초래할 수 있는 예상치 못한 방식으로 행동한다는 것을 발견했다.

음파는 지구에서보다 화성의 대기를 통해 더 천천히 움직인다. 이는 화성의 대기 밀도가 지구보다 훨씬 낮기 때문이다. 소리의 속도는 음파가 통과하는 매질의 밀도를 비롯해 온도 등의 변수에 따라 달라진다. 지구 대기에서 섭씨 20도에서 소리는 초당 343m로 이동하지만, 밀도가 훨씬 높은 물에서는 초당 1480m로 이동한다.

과학 전문매체 사이언스 얼러트(Science Alert)에 따르면, 화성의 희박한 대기의 밀도는 지구보다 100분의 1 정도밖에 되지 않기 때문에 소리가 초당 240m의 속도로 지구에 비해 훨씬 느리게 이동한다.

이달 초 제53회 달과 행성과학 회의에서 발표된 새로운 연구에 따르면, 2021년 2월 화성에 착륙한 NASA의 탐사로버 퍼서비어런스는 과학자들이 예상하지 못한 화성에서의 소리에 대한 몇 가지 이상한 점을 발견했다.

뉴멕시코에 있는 미국 에너지부 산하기관인 국립 로스 알라모스 연구소의 과학 팀이 퍼서비어런스의 슈퍼캠에 탑재된 마이크를 사용하여 측정한 결과, 화성에서는 고음이 저음보다 더 빠르게 이동하는 것으로 나타났다. 이는 다른 곳에서는 전혀 관측된 적이 없는 현상이다.

과학자들은 이 이상한 거동이 화성 표면 위 10km 고도 이내의 화성 대기가 보이는 열적 요동(thermal fluctuations)에 의한 것일 수 있다고 설명한다. 낮 동안 태양 광선이 화성 암석에 부딪혀 따뜻해지면 대류 통풍과 난기류가 화성 경계층으로 알려진 화성 공기층을 휘젓는데, 그것은 이산화탄소 분자의 행동을 변화시킨다.

화성의 대기에는 96%의 이산화탄소가 포함되어 있지만 대기압은 매우 낮다. 비교컨대, 훨씬 밀도가 높은 지구의 대기에는 0.041%의 이산화탄소가 포함되어 있다.

연구진은 "저압에서 이산화탄소 분자의 독특한 특성으로 인해 화성의 대기는 가청 대역폭(20Hz에서 20,000Hz)의 중간에서 음속의 변화를 경험하는 태양계의 유일한 행성 대기"라고 주장했다.

240 헤르츠 이상의 주파수에서 이산화탄소 분자의 충돌 활성화 진동 모드는 이완되거나 원래 상태로 돌아갈 충분한 시간이 없다. 그 결과 고주파의 음파가 저주파보다 초당 10m 이상 빠르게 이동하게 된다. 즉, 화성에 서 먼 곳의 음악을 들으면 낮은 소리보다 높은 소리가 먼저 들린다.

연구진은 계속해서 슈퍼컴 마이크 데이터를 사용하여 일별-계절적 변화가 화성의 음속에 미치는 영향을 관찰할 계획이다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com