We just got our best-ever look at the inside of Mars

NASA 인사이트호, 화성 내부를 들여다보다

2년 전 화성에 착륙한 미국 항공우주국(NASA)의 화성 탐사선인 인사이트호가 지진계로 수집한 지진파를 분석해 화성의 내부 구조를 알아냈다. 지구가 아닌 다른 행성에서 지진파를 통해 내부 구조를 알아낸 것은 이번이 처음이다.

미국 항공우주국(NASA)의 화성 탐사선 인사이트(InSight)호가 수집한 탐사 자료들이 화성의 형성 과정, 지난 46억 년 동안의 진화 과정, 그리고 지구와의 차이점에 대한 중요한 단서를 제공해줬다.

미국과 독일, 스위스 출신 과학자들이 인사이트호의 탐사 자료를 정리해 7월 23일자 과학저널 <사이언스>에 발표한 세 편의 연구 결과에 따르면, 화성 표면을 둘러싼 지각(地殼)은 예상했던 것보다 두껍고, 화성의 핵(核)은 생각했던 것보다 더 큰 것으로 나타났다. 화성의 핵은 지구와 같이 풍부한 철과 니켈을 포함하면서도 산소, 탄소, 황, 수소 등 여러 물질이 결합한 액체 상태다.

태양계 탄생 초기에 화성과 지구는 상당히 유사한 점이 많았다. 모두 바다가 표면을 덮고 있었다. 하지만 그 후 오랜 기간 동안 지구는 온화하고 생명체가 살기에 좋은 환경이 되었지만, 화성은 대기와 물을 잃고 우리가 알고 있는 현재의 척박한 황무지가 되었다. 화성의 내부에 관한 더 많은 지식이 쌓인다면 이는 두 행성의 운명이 갈린 이유를 알아내는 데 도움이 수 있다.

지진 조사와 측지 및 열 수송을 활용해 화성의 내부를 탐사하는 임무를 맡고 2018년 11월 화성에 착륙한 인사이트호가 화성 표면에 설치한 지진계는 1,000여 차례의 뚜렷한 지진을 포착했다. 대부분 워낙 강도가 약해 화성 표면 위에 서 있는 사람조차 모르고 넘어갈 정도의 약한 지진이었다. 하지만 몇몇 지진은 충분히 강도가 커서 연구진이 화성 표면 아래서 일어나고 있는 일을 최초로 제대로 파악하는 데 도움을 줬다.

인사이트 미션에 참여한 프로젝트 과학자인 마크 패닝(Mark Panning)은 NASA 기자 회견에서 “화성 내부 모습에 대한 개략적 해석에서 벗어나 실제 데이터를 대입해보면 화성과 지구 같은 암석 행성들의 형성 과정과 유사점과 차이점에 대한 이해의 지평을 넓힐 수 있다”라고 말했다.

NASA/JPL-CALTECH

화성 지진은 지진계가 감지하는 지진파를 만든다. 연구진은 두 종류의 지진파, 즉 전단파(S파)와 압력파(P파)의 데이터를 이용하여 화성의 3D 지도를 만들었다. 이중 고체만 통과할 수 있는 전단파는 행성 표면에서 반사된다.

반면 압력파는 전단파보다 빠르고 고체, 액체, 기체를 모두 통과할 수 있다. 연구진은은 이러한 지진파들이 도착한 시차를 측정함으로써 지진의 진원지를 찾아낼 수 있었고, 화성 내부 구성에 대한 단서를 얻을 수 있었다.

취리히 연방공과대(ETH Zurich)의 지진학자 시몬 슈텔러(Simon Stähler)가 이끄는 한 연구진은 화성의 핵을 연구하기 위해 11차례의 지진에서 얻은 데이터를 사용했다. 핵에서 지진파가 반사되는 방식으로 볼 때, 그들은 핵이 액체 니켈-철로 만들어졌고 이전에 추정되었던 것보다 훨씬 크고 낮은 밀도로 이루어져 있다고 결론지었다.

취리히 연방공과대 지구물리학 연구소 및 취리히 대학(University of Zurich) 물리학 연구소 소속의 아미르 칸(Amir Khan)이 이끄는 또 다른 연구진은 지각과 핵 사이에 위치한 화성의 맨틀(mantle, 암석질 행성의 핵을 감싸는 두꺼운 고체층)을 살펴본 뒤 화성의 암석권(岩石圈), 즉 암석으로 구성되어 있는 지각 표층부의 화학적 구성이 지구와 비슷하지만 지구와 달리 판상(板狀) 구조가 아니라는 것을 알아냈다. 또한 화성의 암석권은 지구보다 약 56마일(약 90킬로미터) 더 두꺼웠다.

연구진은 화성의 암석권이 더 두꺼운 이유는 초기 마그마 바다가 결정 과정을 거쳐 응고됐기 때문에 그런 것일 수 있는데, 이는 화성이 형성 시기 중 어떤 한 중요한 시점에서 급속 냉각되었을 가능성을 시사한다고 말했다. 

쾰른 대학(University of Cologne)의 행성 지진학자인 브리지테 크납마이어-엔드런(Brigitte Knapmeyer-Endrun)이 이끄는 세 번째 연구진은 화성 표면의 암석층인 지각을 분석한 결과 화성의 지각이 아주 깊지만, 연구진이 예상했던 것보다는 얇다는 것을 발견했다.

크납마이어 엔드런은 “이러한 점에서 지구와 화성 내부의 차이가 보이고, 각각이 정확히 같은 물질로 형성되지 않았으며 구성요소가 상이할 수 있기 때문에 흥미롭다”라고 말했다.  

인사이트의 임무는 내년 태양전지가 더 이상 전력을 생산할 수 없게 되면서 끝날 예정이지만, 그 사이에 화성 내부에 관한 비밀이 더 많이 밝혀질 수 있다.

크납마이어 엔드런은 “지진학과 인사이트와 관련한 임무 화장과 관련해 아직 해결해야 할 문제가 많다”라고 밝혔다.

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