참세상

드디어 때가 왔다. 7개월 반의 여행 끝에 우주선 해치를 통해 붉은 행성이 거대하게 모습을 드러냈다. 승무원들은 손으로 만질 수 있을 정도로 가까이서 볼 수 있었다.

이것이 목표다. 시속 20,000km 이상의 속도로 우주선은 화성에 착륙할 수 있도록 일련의 제동 기동을 시작해야 한다. 이것이 지구에서 지연된 버전으로 경험하게 될 7분간의 공포다. 하지만 역사상 처음으로 승무원들은 이 과정을 실시간으로 경험하게 된다.

우선 화성 대기권 진입과 초음속까지의 열 차폐막과의 마찰로 인한 제동이다. 그런 다음 대형 낙하산을 전개한다. 마지막으로 역추진로켓(Retro Rocket)이 점화되어 화성 표면에 연착륙할 때까지 우주선의 속도를 더 늦출 것이다.

엔진이 꺼지고 우주선 주변에 먼지가 쌓이는 그 순간, 인류가 다른 세계에 도착하는 역사적인 이정표가 세워질 것이다. 인류는 화성에 도착할 것이다.

7분간의 공포: 화성 탐사의 도전 과제

공상 과학 소설처럼 들리는 이 단편이 곧 현실이 될 것이다. 다른 행성으로 여행할 첫 번째 승무원이 이미 탄생했다. 인간의 화성 탐사를 위한 준비는 이미 시작되었다. 실제로 인간은 수십 년 안에 화성의 표면에 발을 디딜 것으로 예상된다.

화성 탐사: 목표와 중요성

화성에 가는 것이 왜 그렇게 중요한가? 인간이 붉은 행성을 탐사하는 이유는 무엇인가?

답은 명확하다. 화성은 현재 도달 가능한 행성 중 가장 거주하기 쉬운 행성으로 간주된다. 따라서 지구 밖 생명체의 존재를 확인하기에 가장 좋은 곳이기도 하다. 요컨대 화성은 생명의 수수께끼에 대한 해답을 가지고 있을지도 모른다.

처음에는 망원경으로, 그다음에는 궤도를 도는 우주선과 지상 로봇으로 탐사한 결과 매혹적인 행성이 밝혀졌다. 지구의 절반 크기인 이 작은 행성은 태양계에서 가장 큰 거대한 지형적 특징을 가지고 있다.

이곳에는 고도가 23킬로미터에 달하는 가장 큰 화산인 올림푸스 몬스(Olympus Mons)가 있다. 또한 최대 수심 7km, 길이가 화성 적도의 1/4에 달하는 가장 큰 협곡 시스템인 마리너 계곡(Valles Marineris)이 있다. 또한 표면의 40%를 차지하는 가장 큰 충돌 분지인 바스티타스 보레알리스(Vastitas Borealis)가 있다.

이 분지는 두 반구 사이에 뚜렷한 차이를 만들어낸다. 한편으로는 소위 북부 저지대이고 다른 한편으로는 남부 고지대다.

화성 익스프레스(ESA)가 촬영한 화성 이미지. 왼쪽에는 북극이 표시되어 있으며 테라 사바에아와 아라비아 테라 지역이 보인다. 오른쪽은 화성의 남극이다. ESA/DLR/FU 베를린, CC BY-NC-SA

이를 화성 이분법이라고 한다. 화성의 영점(또는 기준점)을 기준으로 낮고 사실상 분화구가 없는 북반구와 높고 분화구가 있는 남반구를 명확하게 구분하는 것이다.

화성이 양면 행성인 이유는 아직 밝혀지지 않았다. 하지만 저지대에 분화구가 없는 것은 과거에 충돌로부터 표면을 보호해준 거대한 바다가 있었기 때문일 수 있다.

초기 화성에 액체 상태의 물이 존재했다는 것은 현장이나 궤도에서 관찰된 마른 강바닥을 통해서도 추론할 수 있다. 또한 NASA 큐리오시티로버의 연구 장소인 게일 분화구(Gale Crater)의 경우처럼 분화구를 가득 채운 호수의 존재도 확인되었다.

지금까지 이것은 의심할 여지 없이 화성 로봇 탐사에서 가장 중요한 발견이었다. 화성과 지구 모두 표면에 풍부한 액체 상태의 물을 가지고 있었으며 매우 유사하다는 사실이 확인된 것이다. 당시 지구에 생명체가 출현한 것은 화성에서도 생명체가 시작되었을 가능성을 제기한다.

붉은 행성 대기 중의 메탄

아직 확인되지는 않았지만, 화성의 또 다른 주요 발견은 대기에서 메탄이 검출되었다는 것이다.

지상에서는 거의 모든 메탄이 생물학적 기원이다. 메탄 생성 유기체에서 발생하기도 하지만 뱀과 같은 지질학적 과정에서도 발생한다.

따라서 화성에 메탄이 존재한다는 것은 과거든 현재든 생명체가 존재한다는 의미로 해석할 수 있다.

현재 화성 메탄의 기원에 대한 연구는 우주생물학의 가장 큰 난제 중 하나다. 현재로서는 표면에서만 검출이 이루어지고 있다. 특히 큐리오시티 탐사선에 탑재된 기구를 통해서다. 그런데도 대기권 상층부에서는 발견되지 않은 것이 이상하다.

지상에서 감지된 메탄은 대기 중에 축적될 것으로 예상된다. 메탄은 궤도를 도는 우주선에 탑재된 민감한 기기에 의해 포착된 후 수 세기가 걸리는 광분해를 통해 태양 복사에 의해 파괴될 것이다.

지표면의 메탄을 빠르게 파괴하고 궤도에서 감지할 수 있을 만큼 충분한 양이 대기 중에 축적되지 않도록 하는 메커니즘이 아직 발견되지 않은 것이 틀림없다.

화성에 관한 가장 최근의 발견은 화성에 여전히 지진 활동이 있다는 사실이 확인된 것이다. 인사이트(InSight) 플랫폼에 탑재된 지진계가 지금까지 감지한 480여 건의 지진은 화성에 여전히 심장이 뛰고 있다는 명백한 증거다. 또한 지구 자기장의 크기가 예상보다 크다는 사실도 밝혀졌다. 이는 활동 증가에 대한 생각을 강화한다.

이러한 발견은 화성이 과거에 겪은 과정을 밝히는 데 도움이 된다. 화성이 오늘날보다 대기가 밀도가 높고 기온이 높으며 표면에 액체 상태의 물이 풍부했던 행성에서 춥고 건조하며 메마른 행성으로 변하는 과정이 밝혀지고 있다.

NASA의 큐리오시티 화성 탐사선의 자화상은 샤프산 하부의 '나우클루프트 고원'에 있는 '오코루소'라는 시추 샘플 지점에 있는 탐사선의 모습을 보여준다. 이 장면은 2016년 5월 11일에 로버의 화성 핸드 렌즈 이미저(MAHLI)로 촬영한 여러 이미지를 결합한 것이다. NASA/JPL-CALTECH/MSSS

2021년 로봇의 대규모 착륙

이러한 모든 발견으로 인해 화성은 오늘날 주요 우주생물학 목표가 되었다. 2021년 2월에 이 붉은 행성에 도착할 세 가지 임무를 고려하면 더욱 그렇다. 각각의 임무는 우주 기관과 파견 국가에 중요한 이정표가 될 것이다.

● 호프로도 알려진 에미레이트 화성 탐사선(EMM)은 아랍 국가 최초의 행성 간 탐사선이다. 화성 대기를 연구하는 것이 주요 목표인 궤도선이다.

● 톈원 1호(天問, '천상의 진리를 찾다'라는 뜻의 중국어) 미션은 중국의 첫 번째 탐사선이다. 궤도선과 탐사선인 HX-1로 구성되어 있다. 전자는 자기장과 중력장 연구를 수행한다. 두 번째 탐사선은 암석과 토양을 분석하고 환경 값을 기록한다.

● 미국 화성 2020 미션은 NASA가 화성에 보낸 다섯 번째 로버로 구성되어 있다. 퍼서비어런스(Perseverance)로 명명된 이 로버는 큐리오시티(Curiosity) 로버와 거의 쌍둥이처럼 생겼다. 2월 18일에 예제로 분화구(Jezero Crater)에 착륙할 예정이다.

착륙 지점은 고대 강 삼각주다. 이곳은 이번 미션의 주요 목표인 화성에서 과거 생명체의 증거를 찾기에 이상적인 장소다. 또한 토양 샘플을 처음으로 채취하여 봉인한 후 향후 임무를 통해 지구로 가져올 예정이다.(2024년 현재도 진행 중인 프로젝트다.)

향후 인류의 붉은 행성 탐사에 대비하기 위한 다양한 기술도 시험할 예정이다. 대기 중 이산화탄소로부터 산소를 얻는 것이 그 예다. 또한 비행 기계인 인제뉴이티(Ingenuity)라는 소형 헬리콥터의 테스트도 진행된다.