화성(Mars)
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화성은 지구 궤도의 바로 바깥쪽 궤도를 도는 행성이다. 밤 하늘에 붉게 빛나는 모습이 피의 색깔을 연상시켜 고대 사람들은 불길하게 여겼다. 그래서 전쟁의 신 이름을 따서 Mars로 부르고 있다. 화성이 붉게 보이는 이유는 전체 표면의 70% 이상이 적갈색의 물질로 덮혀 있기 때문이다. 화성의 일년 중 1/4은 이런 붉은 흙이 화성의 대기로 날아 올라 시속 수백km나 되는 모래 폭풍이 되어 맹렬히 불어댄다. 이 흙은 산화철이나 점토 광물과 같은 풍화 생성물이다. 이런 물질은 지구에서는 열대 등의 고온 다습한 기후 조건에서 만들어진다. 그러므로 과거 화성에도 액체인 물이 안정되게 존재할 수 있는 온난한 기후가 있었을 것으로 생각된다. 화성과 지구와의 회합주기는 780일이다. 즉 지구는 약 2년 2개월마다 화성과 가장 근접하게 된다. 지구와 화성의 궤도 간격은 화성 궤도의 이심률이 커서 충이 일어나는 방향에 따라 상당히 다르다. 화성의 근일점에 위치하는 8월 무렵에 충이 되면 지구와 화성 사이는 대략 5,600만 km의 대접근이 되고 반대로 원일점에 위치하는 2월 무렵에 충이 되면 1억 km 정도로 떨어진다. 궤도의 거의 같은 위치에서 충이 되는 것은 2년 2개월마다 접근을 7∼8회 거듭한 뒤 한번 이루어지며, 대접근은 15∼17년마다 일어난다. 20세기 중의 대접근은 1909년, 1924년, 1939년, 1956년, 1971년, 1988년에 일어났다. |
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소개(Introduction) |
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특 징 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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신화와 전설 |
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마르스라는 화성의 로마식 명칭은 전쟁의 신에서 비롯되었다. 다른 문명에서도 비슷한 의미의 이름이 있다. 고대 이집트에서 화성을 헤르 데스처(Her Descher)로 '붉은 것'을 의미한다. 마르스는 고대 로마의 전쟁의 신으로 3월을 의미하는 March는 여기서 유래하였다. 당시 3월에 전쟁을 시작하는 관습이 있었다. 로마에서는 주피터(제우스) 다음가는 국가의 수호신으로 신성시되었다. 마르스를 그리스 신화에서는 아레스라고 부른다. 아레스는 제우스와 헤라의 아들이며 성격이 포악하고 미련하며 싸움을 좋아했으나 전해지는 이야기는 비교적 적다. 아레스는 아프로디테의 연인으로 트로이 전쟁에서 애인을 도와 트로이 편에서 서서 헥토르를 도왔으나 라이벌 아테네에게 언제나 지기만 하였다. |
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기 원 |
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40억년 전 탄생한지 얼마 되지 않은 화성에서는 활발한 화산 활동에 의하여 내부의 가스가 왕성하게 대기에 공급되었다. 또한 혜성이나 미행성의 잦은 충돌에 의하여 충돌물질로부터 가스가 이탈하고, 지각에 축적된 얼음이나 표면물질의 이산화탄소가 순식간에 기화하여 대기에 합쳐졌다. 이런 식으로 물이나 이산화탄소 등의 휘발성 물질이 대기에 공급되어 진한 대기가 생겼다. 이산화탄소는 온실효과를 유발하여 물이 액체상태로 존재할 수 있는 온화한 기후를 유지할 수 있었다. 화성에는 홍수로 만들어진 것으로 추정되는 많은 지형이 있다. 화성지표의 산화철도 고온 다습한 기후에서만 생성되기 때문에 과거에 화성이 온화하고 물이 풍부하였다고 생각된다. 패스 파인더가 촬영한 화성 표면. 물이 흐른 흔적을 발견하였다. 화산활동은 수억 년에 걸쳐 수증기나 이산화탄소를 공급하였다. 그러나, 아젤분지를 만든 거대한 충돌을 마지막으로 기후의 한랭화가 진행되었다. 그 후 올림포스산과 같은 거대한 순상화산이 생기고, 화산 활동을 통하여 물이나 이산화탄소를 방출하였지만, 기후가 이미 한랭화되었기 때문에 단기간에 땅속에 흡수되고 말았다. |
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표 면 |
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화성의 표면에는 고지대와 저지대, 많은 계곡과 화산 등의 여러 가지 지형이 있다. 북반구는 저지대이지만 남반구는 고지대가 많은 것이 특징이다. 남반구 고지대의 평균 고도는 화성의 평균 표고보다 2∼5km 높고, 북반구는 1∼2km 낮다. 고지대에는 크레이터가 많고 물이 흐른 것으로 보이는 계곡도 있다.
올림포스 산 화성에는 태양계 최대의 화산 올림포스 산이 있다. 산의 밑면은 지름이 500km 이상이고, 높이는 26km나 된다. 주변의 절벽조차도 백두산보다 높다. 지구 최대의 화산인 하와이에 있는 마우나로아의 100배이다. 올림포스 산 정상에 있는 칼데라는 지름이 80km나 되어서 지구에 있는 칼데라의 10∼100배되는 규모이다.
태양계 최대의 화산인 올림푸스 산 지구에서 화산이 만들어지는 원인은 크게 두 가지로 나눈다. 첫째, 판이 다른 판 밑으로 침강하면서 생기는 마찰로 마그마가 발생하여 지상으로 올라와 화산이 되는 경우이다. 이런 화산은 수증기 같은 휘발성 물질이 많아 대폭발을 일으킨다. 두 번째는, 맨틀에서 올라오는 열점에 의해 지속적으로 마그마가 공급되는 경우이다. 하와이 열도가 대표적인 예이다. 마그마가 지속적으로 공급되어 용암이 계속 흘러내리는 특징이 있다. 지구는 판이 계속 움직이기 때문에 시간이 지나면 화산이 줄줄이 생겨 열도를 형성하지만 화성의 지각은 이동하지 않기 때문에 한곳에서 계속 마그마를 공급하여 거대한 화산이 생성되었다. 이 화산은 10억 년 동안 분화한 것으로 보인다. 올림포스산은 방패를 엎어 놓은 것과 같은 모양을 하고 있으며, 하와이 화산처럼 점성이 낮은 용암으로 생성되었다고 생각된다.
대협곡 화성의 적도 부근을 동서로 가로지르는 매리너리스 협곡은 길이 4000km, 폭 100km 깊이 7km나 되는 거대한 것이다. 지구상에 있는 협곡 중 가장 유명한 것은 미국 남서부의 그랜드캐년으로 길이 400km, 폭 6∼29km, 깊이 1km 정도로 규모가 훨씬 작다. 매리너리스 협곡은 지구의 판운동과 같은 방식으로 생긴 것으로 추정하고 있다. 그러나, 이처럼 확대된 지형이 있으면 압축되거나 침강되는 지형이 있어야 하는데, 그러한 지형을 찾아볼 수 없다. 그리고, 판이 갈라질 때 나타나는 화산 활동의 흔적도 없다. 매리너리스 협곡은 절벽의 일부가 무너지거나 침식1등으로 점점 확대되고 있다.
극관 남북의 두 극관은 화성에 있는 물이나 드라이아이스의 저장 창고이다. 화성은 지구와 마찬가지로 4계절의 변화가 있고 극관은 계절의 변화에 따라 크기가 변한다. 남반구의 일사량은 하지 때 북반구의 하지에 비해 1.3배가 많다. 그래서 겨울에 중위도 지역까지 크게 퍼져 있던 남극관은 봄이 되면 태양에 의해 가열되어 가장자리 부분이 녹는다. 그리고, 남북의 온도 차이가 커서 강풍이 발생한다. 그 결과 봄이 되면 남극관 가장자리에서 국지적인 모래폭풍이 자주 발생하여 큰 모래폭풍으로 발전한다. 모래폭풍은 화성 전체를 휩쓸 때도 있다. 화성의 남극. 얼음과 드라이아이스로 구성되어 있다. 화성의 물의 대부분은 북극과 남극의 극관 안에 얼음으로 저장되어 있고, 이것이 녹아 전면에 퍼지면 깊이 10m의 층이 된다. 북극에서는 여름이 되면, 이산화탄소의 극관이 증발하여 그 밑에 얼음층이 드러난다. |
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대 기 |
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화성의 대기는 지구와 판이하게 다르다. 이산화탄소를 주성분으로 하고 다른 소량의 기체들을 포함하고 있다. 대기의 가장 일반적인 구성 물질 6가지:
화성의 공기는 지구 대기의 1/1,000 에 상당하는 수분을 포함하고 있으나, 이런 작은 양에도 응축하여 구름을 만들고, 대기의 상층부를 떠다니거나 높은 화산의 경사면 언저리를 소용돌이 치고 있다. 이른 아침 계곡에는 국지적으로 안개 조각이 형성되기도 한다. 바이킹 착륙선 2호가 앉은 곳에는 매 겨울 마다 물이 얼어서된 서리가 얅은 층을 만들기도 한다. 과거 화성의 짙은 대기에 의해서 행성 위에 물의 흐름이 있었다는 증거가 있다. 해안선, 골짜기, 하상 그리고 섬과 같은 구조적 형태는 이 행성에 거대한 강이 있었다는 사실을 제시한다. 온도와 압력(Temperature and Pressure)화성의 평균 온도는 최고 섭씨 -63도, 최저 섭씨 -140도로 기록되었다. 각 착륙지점에서의 기압은 6개월 마다 변한다. 대기의 주성분인 이산화탄소가 얼어서 거대한 극관(ploar cap)을 형성하는 과정이 양 극에서 교대로 일어난다. 이산화탄소는 거대한 눈의 충을 형성하였다가 봄이되면 증발한다. 바이킹 착륙선 1호는 남쪽의 눈 모자가 가장 커질 때, 일일 평균 기압이 6.8밀리바 까지 하강하는 것을 관측하였고, 연중 다른 때에는 9.0밀리바까지 상승하는 것으로 기록하였다. 바이킹 2호의 측정치는 7.3밀리바와 10.8밀리바이다. 이에 비하면 지구의 평균 기압은 1000밀리바에 달한다 |
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탐 사 |
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초기탐사 화성의 표면을 망원경으로 보면 붉은 표면에 어두운 무늬가 보인다. 1659년 네덜란드의 호이겐스는 처음으로 화성 표면의 무늬를 관측하였다. 그 뒤 망원경이 점차 개량되어 독일의 베어와 메들러는 최초로 화성표면의 지도를 작성하였다. 1877년 화성의 대접근 때 이탈리아 밀라노의 천문대장이었던 스키아파렐리는 구경 22cm 굴절망원경으로 화성 표면을 자세히 관측하고 많은 무늬에 라틴어로 고대의 지명이나 신화에서 따온 이름을 붙였다. 웰즈의 세계대전. 화성인의 지구침공에 관한 소설이다. 미국의 로웰은 19세기 말에서 20세기 초까지 61cm 굴절망원경으로 화성을 관측하고, 인공 운하가 있다고 주장하였다. 1983년 웰즈가 저술한 '세계대전'이라는 공상과학소설을 각색한 라디오 드라마가 방송되었을 때, 미국인들은 실제로 화성인의 공격으로 착각하고 공황상태까지 가기도 하였다.
매리너 계획 매리너 계획은 수성, 금성, 화성을 탐사하는 계획이다. 1962년 7월 금성을 목표로 한 1호가 실패한 후, 같은해 8월에 발사된 2호는 12월에 금성에 도착하였다. 1964년 11월에 화성을 향해 발사한 3호는 실패하였고, 같은 달 발사한 4호는 화성에 도착하여 달과 같은 크레이터가 있음을 발견하였다. 6, 7호의 탐사도 신통치 않았다. 매리너 9호의 모습. 매리너리스 협곡을 발견하였다. 1971년 11월 매리너 9호는 최초로 화성 주위를 선회하였다. 그러나, 화상에 도착할 당시에 화성에는 모래폭풍이 전체를 휩쓸고 있어서 아무것도 볼 수 없었다. 수주일 후 모래폭풍이 사라지자 올림푸스 산과 대협곡을 발견하는 성과를 거두었다. 이를 기념하기 위해 협곡 이름을 매리너리스 협곡으로 명명하였다. 매리너 9호는 3년동안 6,900매의 사진을 전송하여 화성연구에 큰 업적을 남겼다.
바이킹 계획 1976년 미국은 독립 200주년을 기념하여 바이킹을 화성표면에 착륙시켰다. 1975년 8월 20일에 바이킹 1호가 발사되었고, 같은 해 9월 9일 2호가 발사되었다. 탐사기는 궤도선과 착륙선으로 이루어져 있으며, 궤도선은 착륙선을 화성으로 운반하고, 착륙선이 전송하는 자료를 받아 지구로 보내는 역할을 담당한다. 1호는 1976년 7월 20일에 크류세 평원, 2호는 9월 3일에 유토피아 평원에 착륙하였다. 착륙선의 임무에는 생명체를 찾아내는 것도 있었다. 화성토양을 채취하여 살균한 유기물을 뿌리고 반응을 기다렸다. 만일 미생물이 있으면 유기물을 분해할 것이고, 이 때 나오는 가스를 발견하면 미생물이 존재하는 것이 증명되는 것이다. 그러나, 아무런 반응도 없기 때문에 생명체가 없는 것으로 결론을 내렸다. 바이킹이 찍은 화성의 표면. 사진 가운데 생명체 탐색을 위해 흙을 채취한 자국이 있다.
포보스 계획 소련도 화성에 무인 탐사선 포보스 2호를 보냈다. 발사된지 약 200일 후 화성 궤도에 진입하여 호성의 대기와 표면을 관측하였다. 포보스 계획의 가장 큰 특징은 화성의 위성 포보스를 관측하는 것이었다. 포보스에 수십m 까지 접근하여 근접관측을 수행하였다. 이 탐사선에는 적외선 분광계가 실려 있어서 화성 표면의 물의 함유량을 측정할 예정이었다. 그러나, 탐사기의 고장으로 별다른 성과를 거두지 못하고 말았다. 소련의 화성 탐사선 포보스의 상상도. 고장을 일으켜 실패하고 말았다.
마스 패스파인더 바이킹이 착륙한지 21년 후인 1997년에, 이번에도 미국의 독립을 기념하기 위하여 독립기념일인 7월 4일 탐사선 마스 패스파인더를 착륙시켰다. 1996년 12월 4일 발사되어 지구와 화성간 최단 거리를 날아갔다. 예산을 절약하기 위해 많은 노력을 하였으며 그 결과 에어백으로 착륙하는 방법이 개발되었다. 시속 26,200km으로 화성 대기권에 진입하여 역추진 로켓과 낙하산으로 감속한 후 에어백으로 안전하게 착륙하였다. 이 탐사선에는 처음으로 소저너라고 부르는 탐사로봇이 실려 있었다. 소저너는 화성표면을 이동하면서 촬영 및 분석 임무를 수행하였다. 착륙지점은 아레스 계곡이었는데 고지에서 평원을 향하여 흐르는 강의 흔적과 크고 작은 암석이 흩어져 있었다. 암석이 대부분 일정한 방향을 향하고 있었으며, 모서리가 둥글게 마모된 것은 과거에 큰 홍수가 있었던 것으로 생각된다.
탐사로봇 소저너의 모습 마스 글로벌 서베이어 1997년 9월 12일, 마스 패스파인더가 활동하고 있을 무렵, 마스 글로벌 서베이어가 화성에 도착하였다. 탐사선은 화성 대기에 의한 공기 저항을 이용한 감속방법으로 고도 378km의 극선회 원궤도에 접근하였다. 탐사목적은 화성 표면의 고해상도 카메라 촬영, 표고 분포, 지표와 대기에서 물과 먼지의 움직임, 기상현상, 지표와 대기의 조성, 화성의 자기장을 조사하는 일이다. 자기장 관측을 통하여 화성의 자기장은 지구 표면의 800분의 1의 세기로 존재한다는 것을 밝혀냈다.
화성에 도착한 마스 글로벌 서베이어의 상상도 NASA는 앞으로 화성과 지구가 접근하게 되는 26개월마다 탐사기와 착륙선을 보낼 예정이다. 2005년에 발사할 탐사선은 화성에서 암석을 가져올 예정이다. |
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