지구과학 화성

 화성은 태양계의 네 번째 행성입니다. 붉은색을 띠기 때문에 동양 문화권에서는 불을 의미하는 불화를 사용하여 화성이라고 부르고, 서양 문화권에서는 로마 신화의 전쟁의 신 마르스의 이름을 따 Mars라고 부릅니다. 영어에서 3월을 뜻하는 March도 여기서 생겨났습니다. 매리너 4호가 1965년에 화성을 처음으로 근접 비행을 하기 전까지는 과학계와 그 이외의 사람들도 화성에 대량의 물이 존재할 것이라고 기대했습니다. 그러한 기대의 근거는 화성의 극지방에서 밝고 어두운 무늬가 주기적으로 변화하고 있다는 사실이었습니다. 1960년대 중반 이전까지 사람들은 농업을 위한 관개수로가 화성에 있을 것으로 생각했습니다. 이것은 사실 20세기 초중반의 SF 작가들의 상상에 영향을 받은 것으로 1950년대 이후의 탐사선에 의해 화성의 운하는 존재하지 않는다고 밝혀졌습니다.

 물과 생명체의 발견에 대한 기대 때문에 많은 탐사선들이 미생물을 찾기 위한 세서들을 탑재하고 화성으로 날아갔습니다. 화성에서는 다량의 얼음이 발견되었고 생명체가 존재할 가능성이 제기 되었습니다. 화성의 자전 주기와 계절의 변화 주기는 지구와 비슷합니다. 화성에는 태양계에서 가장 높은 산인 올림푸스 화산이 있고 태양계에서 가장 큰 계곡인 매리너스 협곡과 극관을 가지고 있습니다.

 화성은 붉은, 불에 타는 듯한 모습을 하고 있습니다. 화성의 표면적은 지구의 4분의 1정도이며 부피는 10분의 1입니다. 화성은 두 개의 위성을 가지고 있습니다. 대기권은 매우 얇고 표면 기압은 7.5밀리바입니다. 화성 표면의 95%는 이산화탄소, 3%는 질소, 1.6%는 아르곤과 극소량의 산소입니다. 2015년에는 액체 상태의 물이 발견되었습니다.

 궤도선의 관측과 화성 기원의 운석에 대한 분석 결과를 보면 화성의 표면은 기본적으로 현무암으로 되어 있고 화성 표면의 일부는 지구의 안산암과 같이 좀 더 이산화규소가 풍부하다는 증거가 있으나 이러한 관측은 규산염과 같은 유리의 존재를 통해서 설명될 수도 있기 때문에 결정적이지는 않습니다. 표면의 대부분은 산화철 성분의 먼지로 덮여 있습니다. 화성 표면에서 발견된 암염이나 침철석과 같이 대체로 물이 존재할 때 생성되는 광물이 발견 되었기 때문에 화성의 표면에는 일시적으로나마 물이 존재했다는 믿음을 가질 수 있습니다.

 화성 자체에는 자기장이 없지만 과거에 행성 표면의 일부는 자화된 적이 있음이 관측을 통해 밝혀졌습니다. 화성에서 별견된 자화의 흔적은 지구의 해양지각에서 발견되는 띠 모양의 고지자기와 비교되어 왔습니다. 99년에 발표된 이론에 의하면 이들 지자기의 띠들은 과거에 있었던 화성의 판구조 활동의 증거일 수 있다고 합니다. 극 이동으로도 화성에서 발견된 고지자기를 설명할 수 있습니다. 화성의 내부를 설명하는 이론에 따르면 화성 핵의 반지름은 약 1480km로 주로 철과 황으로 이루어져 있습니다. 황화철의 핵은 부분적으로 용융되어 있고 지구의 핵에 비해 가벼운 원소가 약 2배정도 함유되어 있습니다. 그리고 핵은 규산염질 맨틀에 둘러싸여 있습니다. 맨틀은 화성에서 볼 수 있는 많은 판구조 활동과 화산 활동을 일으켜 왔으나 현재는 더 이상 활동하지 않습니다. 화성 지각의 두께는 약 50km, 최대값은 125km입니다.

 화성의 지질 시대는 노아키안 시대, 헤스퍼리안 시대, 아마조니안 시대로 구분됩니다. 노아키안 시대는 노아키스 테라의 이름을 따서 붙여진 이름으로 화성의 형성부터 38억년에서 35억 년 전까지의 시대입니다. 노아키안 시대의 표면은 많은 거대한 크레이터로 덮여 있습니다. 타르시스 벌지는 이 시대에 형성된 것으로 여겨집니다. 이 시대의 후기에는 엄청난 양의 물에 의한 홍수가 있었다고 추측할 수 있습니다. 헤스퍼리안 시대는 헤스퍼리안 평원으로부터 이름이 지어졌습니다. 35억~18억 년까지의 시대입니다. 헤스퍼리안 시대의 화성에서는 넓은 용암대지가 형성되었습니다. 아마조니안 시대는 아마조니스 평원의 이름을 따서 붙여졌습니다. 18억 년 전부터 현재에 이르는 시대입니다. 아마조니안 지역은 크레이터가 거의 없으나 상당한 변화가 있는 지형입니다. 올리푸스 화산이 이 시대에 형성되었고 다른 지역에서 용암류가 형성되었습니다.

 화성의 대기압은 지구의 대기 밀도와 비교하면 100분의 1 정도로 매우 낮은 수준입니다. 대기가 적기 때문에 기압이 낮고 물이 있어도 낮은 기압 때문에 빨리 증발됩니다. 과학자들은 과거의 화성은 물이 풍부하고 대기도 지금보다 컸으리라고 추측하고 있습니다. 대기의 주성분인 이산화탄소가 얼어 거대한 극관을 형성하는 과정이 양극에서 교대로 일어나고 이산화탄소는 눈층을 형성하고 봄이 되면 증발합니다.

 아주 오래전에 화성은 태양풍을 막을 수 있을 만큼 충분히 강한 자기권을 가지고 있었을 것으로 여겨집니다. 그러나 40억 년 전 화성의 다이나모가 멈추고 난 뒤에는 투자율이 높은 광물에 잔류자기가 남아있는 정도밖에는 자기장을 가지고 있지 않습니다. 시간이 지남에 따라서 이런 광물은 풍화되었기 때문에 현재에는 남반구의 고지의 일부에서만 고지자기를 관측할 수 있습니다. 태양풍은 화성의 전리층에 직접 닿기 때문에 화성의 대기는 조금씩 벗겨져 나가고 있다고 여겨지나 그 양은 아직 확실하지 않습니다.

 화성의 궤도 이심률은 약 9%로 상대적으로 큰 편입니다. 태양계에서 이보다 더 큰 이심률을 가지는 행성은 수성이 있습니다. 태양까지의 평균거리는 약 2억 2천만km 공전 주기는 686.98일입니다. 화성의 태양일은 지구보다 약간 길어서 24시간 39분 35.244초 정도입니다. 화성의 자전축은 25.19도만큼 기울어져 있어서 지구의 기울기와 거의 비슷합니다. 그 결과 화성에서는 지구와 마찬가지로 계절이 나타납니다. 그러나 공전각속도가 느리기 때문에 계절의 길이는 지구에 약 2배정도가 됩니다.

 여러 가지 증거로 미루어 볼 때 화성이 과거에는 지금보다 더 생명이 살기에 적합한 환경이었던 것으로 추정되었으나, 지금까지는 실제 생명체가 화성에 존재한 적이 있는가에 대한 질문에 대해서 확실한 답을 얻지 못하고 있습니다. 바이킹 탐사선은 1970년대에 화성 표면에서 미생물을 탐지하기 위한 실험을 수행하였습니다. 과거에 물이 흘렀던 적이 있기는 합니다만 화성에는 자기권이 없으며 대기가 희박하고 지각 열류량이 매우 적으며 외부의 운석 또는 소행성들과의 충돌 또는 태양풍으로부터 보호받지 못합니다. 낮은 대기압 때문에 얼음은 액체상태를 거치치 않고 곧바로 기화하며 지질학적으로 사실상 완전히 죽은 행성으로 보고 있습니다.