이산화탄소에서 분리된 산소원자가 햇빛과 반응
붉은 행성 화성의 하늘이 지구의 오로라처럼 녹색으로 빛나는 현상이 관측됐다.
벨기에 리에주대의 장-클로드 제라드 교수가 이끄는 국제공동연구진은 15일(현지 시각) 국제 학술지 ‘네이처 천문학에 “화성 궤도를 도는 ’가스 추적 궤도선(TGO)’이 지난해 화성 대기 가장자리에서 녹색 스펙트럼을 관측했다”고 밝혔다.
과학계는 지난 40여년 간 국제우주정거장에서 지구를 볼 때 관측되는 녹색 발광(發光)이 다른 행성에도 발생할 것으로 예측했지만 실제로 관측하기는 이번이 처음이다. 영국 개방대의 매니시 파텔 교수는 이날 BBC 인터뷰에서 “멋진 결과”라며 “화성에 가기 전에 우리가 하는 과학연구에 대해 확신을 가져야 하는데 이번에 눈으로 확인한 것”이라고 평가했다.
◇햇빛이 산소 원자에 부딪혀 녹색 빛을 내
TGO는 유럽과 러시아가 공동개발했으며 지난 2016년부터 화성의 대기를 관측하고 있다. 네이처 천문학 논문을 보면 지난해 4~12월 TGO는 화성을 돌면서 표면 20~400㎞ 상공의 대기를 관측했다. 녹색 발광은 80~120㎞ 높이에서 포착됐다.
녹색 빛은 태양에서 온 고에너지 입자가 화성 대기에 있는 산소 원자와 반응할 때 발생한다고 연구진은 설명했다.
이번에 관측된 화성 대기의 녹색 발광은 물론 지구의 오로라와는 차이가 있다. 지구에서는 태양에서 불어온 고에너지 입자는 쇳가루가 자석에 끌리듯 지구 자기장에 이끌려 초속 500㎞의 속도로 극지방의 대기에 진입한다. 이때 입자가 대기 속 원자나 분자와 부딪히면서 빛을 내는 현상이 오로라다. 오로라가 주로 발생하는 지상 100~200㎞에서는 산소원자가 내는 녹색과 질소분자 이온의 청색이 강하다.
화성에는 오로라를 만들 만한 자기장이 없다. 또 지구 대기는 산소가 대기의 21%나 차지할 정도로 풍부하다. 반면 화성은 그 비율이 2016년 화성 탐사 로봇 큐리오시티 관측에서 0.16%로 나왔다.
이번에 관측된 녹색은 산소 분자 자체가 아니라 화성 대기의 95%를 차지하는 이산화탄소에서 떨어져 나온 산소 원자에서 나왔다고 연구진은 밝혔다.
◇우주정거장서 지구 봐도 같은 현상 관측돼
지구에서도 대기가 녹색으로 빛나는 현상은 오로라만은 아니다, 지구와 화성은 밤낮으로 햇빛과 대기 중 원자, 분자가 상호작용하면서 빛을 낸다. 밤에는 원자들이 분자로 다시 결합하면서 빛을 내고 낮에는 질소나 산소 같은 원자나 분자와 햇빛이 바로 반응해서 발생한다.
지구에서 밤에 나타나는 녹색 발광은 매우 약하다. 하지만 국제우주정거장에서는 지구 가장자리가 밤에 녹색으로 빛나는 현상을 볼 수 있다. 지구나 화성이나 둘 다 태양에서 온 고에너지 입자에 산소 원자의 에너지 준위가 높아졌다가 안정 상태로 돌아오면서 녹색의 빛을 낸다는 점이 같다.
◇코로나로 2022년으로 연기된 화성 탐사 로봇
이번 관측은 장차 화성 탐사선이나 유인 우주선의 착륙에 도움을 줄 수 있다. 발광 현상을 통해 화성 대기의 구성이나 상태를 좀 더 자세히 알 수 있기 때문이다. TGO는 이와 함께 대기 중의 메탄도 분석하고 있다.
메탄은 주로 미생물의 대사과정에서 나오는 유기물질이다. 앞서 미국항공우주국(NASA)의 화성 탐사 로봇 큐리오시티가 화성 탐사 사상 최대 규모로 메탄을 관측했다. TGO는 큐리오시티보다 더 옅은 농도의 메탄을 감지할 수 있어 큐리오시티 관측 정보와 결합하면 메탄이 생명체에서 나왔는지, 아니면 암석의 화학반응으로 발생했는지 알 수 있다.
유럽과 러시아는 TGO에 이어 애초 오는 7월 화성 탐사선 ‘엑소마스2020’까지 발사할 예정이었으나, 코로나 여파로 2022년으로 연기했다. 양측 연구자들이 오가며 발사 준비 상태를 점검해야 하는데 코로나로 이동이 힘들어지면서 일정을 미룬 것이다. 엑소마스 2020에 탑재된 이동형 탐사 로봇에는 DNA 발견에 공헌한 영국의 여성 과학자 ‘로절린드 프랭클린’의 이름을 붙였다.
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2020-06-15 23:59:00Z
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