화성에도 겨울이 있을까요? 지난 8월 21일 <Nature Geoscience>에 실린 연구 'Snow precipitation on Mars driven by cloud-induced night-time convection'에 따르면 매일 밤 화성에 눈이 내린다고 합니다. 우리가 생각지 못한 방법으로 눈이 온다고 하는데요.
정확히 말씀드리면 녹슨 빨간 땅이 가려진 곳에서만 보이는 '얼음 마이크로버스트(ice microbursts)'라 불리는 눈의 폭발을 볼 수 있다고 합니다. 마이크로버스트 현상은 통상 적란운(積亂雲) 밑바닥으로부터 일기 시작한 바람이 지표에 부딪쳐 사방으로 발산하면서 생겨나는 돌풍을 가리킵니다.
눈이 내리려면 구름이 지면으로부터 1~2km 정도로 낮게 떠있어야 합니다. 그렇지 않으면 눈 입자가 화성의 녹슨 토양에 떨어지기 전에 다 사라집니다. 밑으로 갈수록 공기의 압력이 급격히 증가하게 되는데요. 이게 주변 온도를 올려 눈이 증발하는 기온을 만들기 때문입니다.
화성의 대기층은 굉장히 옅습니다. 그래서 화성의 단열, 즉 열 보존율은 매우 낮습니다. 밤이 되면 화성의 지표면에 있는 수은의 온도는 적도에서 섭씨 영하 73도까지, 양극에서 영하 125도까지 내려간다고 합니다.
태양에 노출 되면 적도에 있는 물이 증발하기 위한 충분한 에너지를 공급받고, 구름을 만듭니다. National center for Scientific Research in Paris(CNRS) 소속 행성 과학자 아이메릭 스피가(Aymeric spiga)박사를 필두로 하는 연구팀은 이런 구름으로 화성에 눈보라가 일어날 수 있는지 궁금했습니다.
위에서 언급했듯 화성은 밤에 온도가 급격히 떨어집니다. CNRS의 대기 모델을 적용하면 이 물이 얼어 생긴 얼음으로 만든 구름에 급격한 결정 현상이 일어납니다. 동시에 열이 급격하게 분산되며 구름을 감싸고 있던 기류가 불안정해집니다.
이런 복합적 현상으로 얼음 결정이 급격하게 지면으로 떨어집니다. 지면까지 도달하는 결정도 있고, 떨어지는 동안 열을 많이 받아 다시 기체로 승화되기도 합니다. 이렇게 땅에 내려가지 못하는 일시적인 강설을 미류운(Virga, 땅에 도달하기 전에 증발하는 비구름)라고 합니다.
화성의 대기 상태가 워낙 불안정하고 변덕스러워서 정상적인 눈을 보는 것은 어렵습니다. 지금은 로봇만 이 경험을 할 수 있다고 보시면 됩니다.
그러나 화성에 있는 대부분의 로봇 또한 직접 눈보라를 경험하는 것은 매우 어렵습니다. “눈보라는 큐리오시티나 다른 로버(화성 탐사 로봇)에 의해 발견되지 않습니다”라고 스피가 박사가 전했습니다. 눈 결정은 화성 극지방 탐사선 피닉스 랜더에 의해서만 밤에 관측됩니다.
그럼 화성에 있는 만년설은 무엇일까요? 화성 만년설엔 지구의 그린란드에 있는 빙하보다 많은 얼음이 있습니다. 화성의 만년설은 물로만 이루어진 게 아니라 이산화탄소 얼음으로 이루어져 있습니다. 그럼 밤에 이산화탄소로 이루어진 눈보라를 경험할 수 있을까요? 이산화탄소 기체가 고체로 응결될 때 나오는 에너지에 의해 이산화탄소 눈보라가 치게 됩니다. 수증기가 응결될 때 천둥번개가 치는 것과 같은 원리입니다.
화성이 눈을 경험할 수 있는 유일한 외계 행성은 아닙니다. 목성의 위성 '이오' 에서도 유황으로 이루어진 눈보라를 경험할 수 있다고 합니다.
