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<화성>인류의 두 번째 행성 물의 흔적 관찰 및 지질학

우주에서 바라본 화성

인류의 두 번째 행성으로 불리는 화성은 탐사가 제일 많이 이루어졌습니다. 화성에는 물이 흐른 흔적이 남아 있었고 또 다른 생명체가 존재할 수 있다는 의혹도 제기되었습니다. 화성은 표면 온도가 매우 낮으며 행성 자기장도 매우 약합니다. 화성에 남아있는 물의 흔적과 과거에 어떻게 관찰이 되었는지, 화성의 지질학도 같이 살펴보겠습니다.

고대 중세시대의 관찰

고대 수메르인들은 전쟁과 페스트의 신 마르스 네르갈을 불렀습니다. 수메르 시대에 네르갈은 별 의미가 없는 작은 신이었지만, 나중에는 그의 주요 컬트 중심지가 니네베였습니다. 메소포타미아 문헌에서 화성은 ‘죽은 자의 운명을 판단하는 별’로 언급됩니다. 밤하늘에서 떠도는 물체로서의 화성의 존재는 고대 이집트 천문학자들에 의해서도 기록되었고, 기원전 1534년까지 그들은 화성의 역행 운동에 익숙해졌습니다. 신바빌로니아 제국 시대에, 바빌로니아 천문학자들은 행성의 위치와 그들의 행동에 대한 체계적인 관찰을 정기적으로 기록하고 있었습니다. 화성의 경우, 그들은 화성이 79년마다 37개의 시노딕 주기, 즉 황도대의 42개의 회로를 만든다는 것을 알고 있었습니다. 그들은 행성의 예측된 위치를 약간 수정하기 위한 산술적 방법을 발명했습니다. 일반적으로, 현재 화성으로 불리는 그 행성의 그리스 이름은 아레스였습니다. 종종 그 행성의 이름과 같은 칼과 방패로 대표되는 전쟁의 신을 위해 그 행성을 화성이라고 이름 지은 것은 로마인들이었습니다. 기원전 4세기에, 아리스토텔레스는 화성이 엄폐하는 동안 달 뒤로 사라졌다고 언급했는데, 이것은 그 행성이 더 멀리 있다는 것을 나타냅니다. 알렉산드리아에 사는 그리스인 프톨레마이오스는 화성의 궤도 운동 문제를 해결하려고 시도했습니다. 프톨레마이오스의 모델과 천문학에 대한 그의 집단 연구는 이후 알마게스트라고 불리는 다권 모음집에 제시되었는데, 이것은 다음 14세기 동안 서양 천문학에 대한 권위 있는 논문이 되었습니다. 고대 중국의 문헌은 화성이 기원전 4세기까지 중국 천문학자에 의해 알려졌다는 것을 확인시켜줍니다. 동아시아 문화권에서 화성은 전통적으로 우싱 시스템을 기반으로 한 ‘불의 별’로 불립니다. 17세기 동안, 티코 브라헤는 요하네스 케플러가 행성과의 상대적 거리를 예비적으로 계산하기 위해 사용한 화성의 주행 시차를 측정했습니다. 브라헤의 화성에 대한 관측으로부터, 케플러는 그 행성이 원형이 아니라 타원형으로 태양 주위를 돈다고 추론했습니다. 게다가, 케플러는 화성이 태양에 가까워질수록 속도가 빨라지고 멀어질수록 속도가 느려지는 것을 보여주었는데, 후에 물리학자들은 각운동량 보존의 결과로 설명했습니다. 망원경을 사용할 수 있게 되었을 때, 태양과 지구 거리를 결정하기 위한 노력으로 화성의 일주 시차를 다시 측정했습니다. 이것은 1672년에 조반니 도메니코 카시니에 의해 처음 공연되었습니다. 초기 시차 측정은 계측기의 품질에 의해 방해되었습니다. 금성에 의해 관찰된 유일한 화성의 엄폐는 하이델베르크에서 마이클 마에스트린이 본 1590년 10월 13일입니다. 1610년, 화성은 망원경으로 처음 본 이탈리아 천문학자 갈릴레오 갈릴레이에 의해 관측되었습니다. 지형적 특징을 보여주는 화성의 지도를 처음으로 그린 사람은 네덜란드 천문학자 크리스티안 호이겐스였습니다. 19세기에 이르러, 망원경의 해상도는 표면 특징을 확인하기에 충분한 수준에 도달했습니다. 1877년 9월 5일, 화성의 근일점 반대가 일어났습니다. 이탈리아 천문학자 지오반니 시아파렐리는 밀라노에 있는 22센티미터 망원경을 사용하여 최초의 상세한 화성 지도를 제작했습니다. 이 지도들은 특히 그가 카날리라고 불렀던 특징들을 포함했는데, 이것은 나중에 착시현상으로 나타났습니다. 이 카날리는 아마도 화성의 표면에 길고 직선이었던 것으로 추정되며, 그가 지구의 유명한 강의 이름을 지어주었습니다. ‘채널’ 또는 ‘홈’을 의미하는 그의 용어는 영어로 ‘운하’로 잘못 번역되었습니다. 이 관측에 영향을 받은 동양학자 퍼시벌 로웰은 30센티미터와 45센티미터 망원경을 가진 천문대를 설립했습니다. 이 천문대는 1894년 마지막 좋은 기회 동안 화성 탐사를 위해 사용되었고, 뒤이어 덜 호의적인 반대도 있었습니다. 그는 화성과 그 행성의 생명체에 대한 여러 책을 출판했는데, 이것은 대중에게 큰 영향을 끼쳤습니다. 이 운하는 당시 가장 큰 망원경 중 하나를 사용하여 헨리 조셉 페로틴과 니스에 있는 루이 톨론과 같은 다른 천문학자들에 의해 독립적으로 관측되었습니다. 운하와 결합된 계절적 변화는 화성의 생명체에 대한 추측으로 이어졌고, 화성에 광대한 바다와 식물이 있다는 것은 오랫동안 믿어온 믿음이었습니다. 더 큰 망원경이 사용됨에 따라, 더 적은 길고 곧은 운하가 관찰되었습니다. 1909년 84cm 망원경으로 안토니아디가 관측하는 동안 불규칙한 패턴이 관찰되었지만 카날리는 관찰되지 않았습니다.

화성의 지질학

화성은 실리콘과 산소, 금속, 그리고 전형적으로 암석을 구성하는 다른 원소들을 포함하는 광물로 구성된 표면을 가진 지구형 행성입니다. 화성 표면은 주로 톨레이아이트 현무암으로 구성되어 있지만, 부분은 일반적인 현무암보다 실리카가 풍부하고 지구의 안데스 석회암 또는 실리카 유리와 유사할 수 있습니다. 낮은 알베도의 지역은 북부 낮은 알베도 지역이 정상 농도보다 높은 시트 규산염과 높은 실리콘 유리를 나타내는 사구체 장석 농도를 나타냅니다. 남부 고지의 일부에는 검출 가능한 양의 고칼슘 피록센이 포함되어 있습니다. 국소적으로 헤마타이트와 올리빈 농도가 발견되었습니다. 표면의 많은 부분이 미세한 산화철 먼지로 깊게 덮여 있습니다. 비록 화성이 구조화된 지구 자기장에 대한 증거는 없지만, 관측은 화성의 지각 일부가 자화되었다는 것을 보여주며, 화성의 쌍극자장이 교대로 극성을 되돌리는 현상이 과거에 발생했음을 시사합니다. 자기적으로 취약한 광물의 이러한 고생자성은 지구의 해저에서 발견되는 교대 띠와 유사합니다. 1999년에 출판되었고 2005년 10월에 재 조사된 한 이론은 이 띠들이 행성 발전기가 기능을 멈추고 행성의 자기장이 희미해지기 전인 40억 년 전에 화성의 판 구조 활동을 시사한다는 것입니다. 과학자들은 태양계가 형성되는 동안 화성이 태양을 공전하는 원시 행성계 원반에서 물질이 무작위로 강착되는 과정의 결과로 생성되었다고 이론화했습니다. 화성은 태양계에서의 위치 때문에 생기는 많은 독특한 화학적 특징들을 가지고 있습니다. 염소, 인, 그리고 황과 같은 상대적으로 낮은 끓는점을 가진 원소들은 지구보다 화성에서 훨씬 더 흔합니다. 이 원소들은 아마도 젊은 태양의 에너지 넘치는 태양풍에 의해 바깥쪽으로 밀려났을 것입니다. 행성들이 형성된 후, 모든 행성들은 소위 ‘후기 중폭격’의 대상이 되었습니다. 화성 표면의 약 60%는 그 시대의 충돌 기록을 보여주는데, 나머지 표면의 대부분은 아마도 그러한 사건들로 인해 야기된 거대한 충돌 분지에 의해 덮여 있을 것입니다. 화성의 북반구에는 10,600 x 8,500 킬로미터에 이르는 거대한 충돌 분지가 있다는 증거가 있으며, 이는 지금까지 발견된 가장 큰 충돌 분지 중 달의 남극과 아이켄 분지의 약 4배 크기입니다. 이 이론은 화성이 약 40억 년 전에 명왕성 크기의 천체에 부딪혔다는 것을 암시합니다. 화성 반구의 이분법의 원인으로 생각되는 이 사건은 지구의 40%를 덮고 있는 부드러운 보레아스 분지를 만들었습니다. 화성의 지질학적 역사는 많은 시기로 나눌 수 있지만, 다음은 3개의 주요 기간입니다. 피닉스호는 화성 토양이 약간 알칼리성이며 마그네슘, 나트륨, 칼륨, 염소와 같은 원소를 함유하고 있음을 보여주는 데이터를 반환했습니다. 이 영양소들은 지구의 토양에서 발견됩니다. 그것들은 식물의 성장에 필요합니다. 착륙선이 수행한 실험 결과 화성 토양의 기본 pH는 7.7이며, 사람에게 유해한 과염소산염 함량인 농도의 0.6%를 포함하고 있습니다. 줄무늬는 화성 전역에서 흔하고 새로운 줄무늬는 분화구, 골짜기, 계곡의 가파른 경사면에서 자주 나타납니다. 줄무늬는 처음에는 어둡고 나이가 들수록 가벼워집니다. 그 줄무늬는 작은 지역에서 시작해서 수백 미터까지 퍼질 수 있습니다. 그들은 바위의 가장자리와 그들의 이동 경로에 있는 다른 장애물들을 따라가는 것이 목격되었습니다. 일반적으로 받아들여지는 이론은 밝은 먼지나 먼지 악마의 눈사태 후에 드러난 흙의 어두운 밑바닥이라는 것을 포함합니다. 물과 심지어 유기체의 성장을 포함하는 몇 가지 다른 설명이 제시되었습니다.

화성의 물이 흐른 흔적

단기간 동안 가장 낮은 고도를 제외하고는 지구의 보다 1% 적은 낮은 대기압 때문에 액체 형태의 물은 화성 표면에 존재할 수 없습니다. 두 극지방의 만년설은 주로 물로 이루어져 있는 것으로 보입니다. 남극의 만년설이 녹는다면, 11미터의 깊이로 행성의 전체 표면을 덮기에 충분할 것입니다. 많은 양의 얼음이 화성의 두꺼운 극저온권 안에 갇혀 있는 것으로 보입니다. 화성 익스프레스와 화성 정찰 궤도선의 레이더 데이터는 양쪽 극점, 및 중위도에 많은 양의 얼음이 있음을 보여줍니다. 피닉스호는 2008년 7월 31일 얕은 화성 토양의 얼음 샘플을 채취했습니다. 화성에서 볼 수 있는 지형은 행성 표면에 액체 상태의 물이 존재했다는 것을 강하게 암시합니다. 유출 수로라고 알려진 거대한 직선 모양의 땅덩어리가 약 25군데에서 표면을 가로지르고 있습니다. 이러한 구조 중 일부는 빙하 또는 용암의 작용으로 인한 것으로 가정되었지만, 이것들은 지표면 대수층으로부터 물이 재앙적으로 방출되어 발생한 침식에 대한 기록으로 여겨집니다. 더 큰 예 중 하나인 Ma’dim Valis는 길이가 700km로 그랜드 캐니언보다 훨씬 크며, 군데군데 너비는 20km이고 깊이는 2km입니다. 그것은 화성의 역사 초기에 흐르는 물에 의해 조각된 것으로 생각됩니다. 이 채널들 중 가장 어린 채널들은 단지 몇 백만 년 전에 형성된 것으로 여겨집니다. 다른 곳, 특히 화성 표면의 가장 오래된 지역에서는, 더 미세한 크기의 수지상 골짜기 네트워크가 경관의 상당 부분에 걸쳐 퍼져 있습니다. 이러한 계곡의 특징과 분포는 초기 화성 역사의 강수에서 비롯된 유출에 의해 조각되었다는 것을 강하게 암시합니다. 지하수 흐름과 지하수 소핑은 일부 네트워크에서 중요한 보조 역할을 할 수 있지만, 거의 모든 경우에서 강수량이 절개의 근본 원인일 수 있습니다. 분화구와 협곡 벽을 따라, 지상 도랑과 비슷하게 보이는 수천 개의 특징들이 있습니다. 도랑은 남반구의 고지대에 있고 적도를 향하고 있는 경향이 있습니다. 모두 위도 30도의 극방향입니다. 많은 저자들은 그들의 형성 과정이 아마도 녹는 얼음에서 나오는 액체 물을 포함한다고 제안했지만, 다른 사람들은 이산화탄소 서리나 건조한 먼지의 이동을 포함하는 형성 메커니즘을 주장했습니다. 풍화에 의해 부분적으로 저하된 도랑이 형성되지 않았으며 중첩된 충격 크레이터가 관찰되지 않았으며, 이는 이것이 젊은 특징이며, 아마도 여전히 활동적일 수 있음을 나타냅니다. 분화구에 보존된 델타 및 충적 부채와 같은 다른 지질학적 특징은 초기 화성 역사의 간격 또는 간격으로 따뜻하고 습한 상태에 대한 추가 증거입니다. 이러한 조건은 반드시 표면의 많은 부분에 걸쳐 크레이터 호수가 광범위하게 존재해야 하며, 이에 대한 독립적인 광물학, 퇴적물학 및 지형학적 증거가 있습니다. 한때 화성 표면에 액체 상태의 물이 존재했다는 추가 증거는 때때로 물의 존재 하에서 형성되는 헤마타이트와 괴타이트와 같은 특정 광물의 검출에서 비롯됩니다.

물의 증거에 대한 관찰 및 결과

2004년, 오퍼튜니티는 광물 자로사이트를 발견했습니다. 이것은 산성 물이 있는 곳에서만 형성되며, 한때 화성에 물이 존재했었다는 것을 보여줍니다. Spirit 탐사선은 2007년에 과거의 습한 상태를 나타내는 실리카의 농축 퇴적물을 발견했고, 2011년 12월에는 NASA의 Mars 탐사기 오퍼튜니티에 의해 지표면에서 역시 물이 있는 곳에서 형성되는 광물 석고를 발견했습니다. 화성 광물에 포함된 하이드록실 이온으로 대표되는 화성의 상부 맨틀에 있는 물의 양은 지구의 물 50-300ppm과 같거나 더 클 것으로 추정되며, 이는 행성 전체를 200-1,000m 깊이까지 덮기에 충분한 양입니다. 2013년 3월 18일, NASA는 ‘틴티나’ 암석과 ‘서튼 인리에’ 암석의 부서진 파편뿐만 아니라 ‘노르’ 암석과 ‘비르니케’ 암석과 같은 다른 암석의 정맥과 결절 등 여러 암석 샘플에서 수화된 황산칼슘으로 추정되는 광물 수화탐사선의 장비에서 증거를 보고했습니다. 이 로버의 DAN 계측기를 사용한 분석 결과, 브래드버리 착륙장에서 글레넬그 지형의 옐로나이프 베이 지역으로 로버를 횡단하는 동안 최대 4%에 달하는 지하수가 60cm 깊이까지 내려갔다는 증거가 나왔습니다. 2015년 9월, NASA는 경사면의 어두운 영역에 대한 분광계 판독값을 바탕으로 반복 경사면 선형에서 수화 소금물 흐름의 강력한 증거를 발견했다고 발표했습니다. 이 줄무늬들은 온도가 섭씨 -23도 이상인 화성 여름에 내리막으로 흘러내리고, 더 낮은 온도에서 얼어붙습니다. 이러한 관찰은 형성 시기와 성장 속도에 기초하여 이러한 어두운 줄무늬가 표면 바로 아래에서 흐르는 물에서 비롯되었다는 이전의 가설을 뒷받침했습니다. 그러나 이후의 연구에서는 리네이가 대신 건조하고 과립화된 흐름일 수 있으며, 프로세스를 시작하는 데 있어 물의 역할이 제한적일 수 있다고 제안했습니다. 화성 표면에서 액체 상태의 물의 존재, 범위 및 역할에 대한 결정적인 결론은 여전히 모호합니다. 연구자들은 지구의 낮은 북쪽 평원의 많은 부분이 수백 미터 깊이의 바다로 덮여 있었다고 추측하고 있지만, 이 이론은 여전히 논란의 여지가 있습니다. 2015년 3월, 과학자들은 그러한 바다가 지구의 북극해 크기였을지도 모른다고 말했습니다. 이 발견은 현대 화성 대기의 물과 중수소의 비율과 지구의 비율에서 도출되었습니다. 화성 중수소의 양은 지구에 존재하는 양의 8배이며, 고대 화성의 수위가 상당히 높았음을 시사합니다. 큐리오시티 탐사선의 결과는 이전에 게일 크레이터에서 높은 중수소의 비율을 발견했지만, 이전의 바다의 존재를 암시할 만큼 충분히 높지는 않았습니다. 다른 과학자들은 이러한 결과가 확인되지 않았다고 경고하며, 화성의 기후 모델들이 화성이 과거에 액체 상태의 물을 지탱할 만큼 충분히 따뜻했다는 것을 아직 보여주지 않았다고 지적합니다. 북극의 캡 근처에는 화성 탐사선이 약 2,200 입방 킬로미터의 얼음으로 채워져 있는 것을 발견한 폭 81.4 킬로미터의 코롤레프 분화구가 있습니다.