화성의 '기묘한 구름'
화성의 '기묘한 구름'
  • 함예솔
  • 승인 2021.03.19 15:50
  • 조회수 3894
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화성 남부지역에 봄이 찾아오면, 20km 높이의 아르시아 몬스(Arsia Mons) 화산 근처에 얼음으로 이뤄진 밝은 구름이 나타납니다. 이 구름은 수백 킬로미터나 빠르게 뻗어 나가 태양계에서 가장 높은 산인 올림푸스 몬스 화산까지 확장됩니다. 이후 몇 시간 만에 사라져 버린다고 하는데요. 이 기묘한 구름은 매년 화성의 남쪽 지역을 중심으로 반복해서 나타납니다.

화성에서 포착된 기묘한 구름. 출처: ESA/GCP/UPV/EHU Bilbao
화성에서 포착된 기묘한 구름. 출처: ESA/GCP/UPV/EHU Bilbao

기묘한 구름을 포착하라

 

그간 화성 대기의 빠른 변화와 역동성, 그리고 우주선 궤도의 제약으로 인해 이 구름을 관측하기가 어려웠습니다. 그런데 유럽우주국(ESA)은 마스 익스프레스(Mars Express)의 특별한 도구를 이용해 관측한 결과 이 기묘한 구름의 비밀이 드러났다고 하는데요. 이번 연구는 ‘Journal of Geophysical Research’에 게재됐습니다.

봄이면 찾아오는 기묘한 구름. 출처: ESA/GCP/UPV/EHU Bilbao
봄이면 찾아오는 기묘한 구름. 출처: ESA/GCP/UPV/EHU Bilbao

연구진들은 마스 익스프레스에 탑재된 ‘Mars Webcam’이란 별명으로 잘 알려진 Visual Monitoring Camera (VMC)를 관측에 이용했습니다. 이 기묘한 구름이 실제로 어느 정도 크기인지를 측정했죠. 무엇보다 이 구름이 형성되게끔 만드는 요인과 기후 시스템 속 복잡한 역학 관계를 파악했습니다. VMC은 표준 2003 컴퓨터 웹갬과 해상도가 유사합니다. 2003년 발사된 영국의 화성 착륙선 비글2 랜더(Beagle 2 lander)가 마스 익스프레스에서 성공적으로 분리됐는지 확인하기 위해 설치됐습니다. 하지만 비글2 랜더는 유실됐습니다.

 

이번 연구의 주요 저자이자 스페인의 바스크대학교(University of the Basque Country)의 천문학자 Jorge Hernández Bernal는 “최근 VMC는 과학 연구를 위한 카메라로 재분류 됐다”며 “비록 공간 분해능은 낮지만 시야가 더 넓고, 지역마다 다른 시간대에 전체상을 보는 것이 중요한데 이 카메라는 짧은 시간은 물론, 장기간에 걸친 특징의 전개를 추적할 수 있다. 그 결과 수 많은 수명 주기에 따라 구름을 연구할 수 있었다”고 설명합니다.

화산재 같기도하고 구름 같기도 하고.. 출처: ESA/DLR/FU Berlin
화산재 같기도 하고 구름 같기도 하고.. 출처: ESA/DLR/FU Berlin

ESA의 마스 익스프레스의 수석 연구원인 Dmitrij Titov은 “VMC를 용도에 맞게 고침으로써 우리는 일시적으로 나타나는 이 구름에 대해 이해할 수 있게 됐다. 그렇지 않았다면 불가능했을 것”이라고 말합니다. 이어 “이 도구를 통해 과학자들은 구름을 추적하고 먼지 폭풍을 감시하며, 화성 대기의 구름과 먼지 구조를 탐사하고, 극지방 만년설의 변화를 탐사할 수 있었다”고 덧붙입니다. 

 

이 연구를 위해 천문학자들은 NASA의 MAVEN(Mars Atmosphere and Volatile Evolution)과 MRO(Mars Reconnaissance Orbiter), 바이킹2 미션, Mars Orbiter Mission (MOM) 등 다른 임무의 데이터와 함께 VMC 관측 데이터를 모두 이용했습니다. Bernal은 “1970년대 바이킹 2호의 관측을 파고들기 시작했을 때 특히 흥분했다”며 “우리는 이 거대하고 매력적인 구름이 이미 오래 전에 불완전하게 이미징 됐다는 걸 알게 됐고, 이제 이를 더 자세히 살펴보고 있다”고 말합니다. 

 

비밀을 밝히다

 

연구원들은 이 구름이 가장 커졌을 때 길이가 무려 1,800km, 가로가 150km에 달한다는 걸 밝혀냈는데요. 이 구름은 산악구름(orographic)으로, 이는 바람이 산이나 화산에 의해 위로 밀려 올라갈 때 형성된다는 걸 의미했습니다. 이 경우엔 아르시아 몬스가 화성의 대기를 교란시켜 구름 형성을 촉발시키는 것으로 추측됩니다. 습한 공기는 화산의 측면 위로 올라가 이후 더 높고 훨씬 차가운 고도에서 응축됩니다. 

아르시아 몬스 화산 근처에서 발견된 이 구름은 산악성 구름. 출처: ESA
아르시아 몬스 화산 근처에서 발견된 이 구름은 산악성 구름. 출처: ESA

이 구름은 매우 역동적이었는데, 해가 뜨기 전에 형성됐다가 불과 두 시간 반 동안 빠르게 뻗어나간다는 걸 발견했습니다. 이 구름은 고도 45km에서 시속 600km/h의 속도로 빠르게 성장했습니다. 그리고 나서 이 구름은 형성됐던 곳에서 분리돼 고지대 바람에 의해 서쪽으로 더욱더 뻗어져 가다가 태양이 떠오르면서 대기 온도가 상승하는 늦은 아침 증발됐습니다. 

 

이제 연구원들은 이 기묘한 구름 현상의 수명 주기와 패턴을 더 잘 알 수 있게 됐으므로 이 구름을 더 쉽게 겨냥해 관찰할 수 있게 됐습니다. 이번 연구의 공동 저자이자 스페인의 바스크대학교(University of the Basque Country)의 물리학과 교수인 Agustin Sánchez-Lavega는 “많은 화성 궤도선들이 궤도의 특성 때문에 오후까지 이 곳을 관측할 수 없었기 때문에, 이번 연구는 이 흥미로운 현상에 대한 최초의 세부 탐사일 것이다”며 “그리고 이것은 마스 익스프레스의 다양한 기기 뿐만 아니라 궤도에서도 가능해졌다”고 말합니다. 

 

태양계에서 지구와 비슷한 기후체계를 가진 곳은 화성뿐이지만, 여전히 두 행성은 뚜렷한 차이를 보입니다. 왜냐하면 지구상에서 산악성 구름은 화성의 구름만큼 크지도 않고 역동적이지도 않기 때문인데요. 그래서 화성에서 포착된 이 기묘한 구름이 특히 더 이상하게 느껴집니다. Agustin Sánchez-Lavega 교수에 따르면 이 구름을 이해하면 모델링을 사용해 구름의 구성을 재현할 수 있는 흥미로운 기회를 가질 수 있을 것이고 그러면 이 모델들을 활용해 화성과 지구의 기후 시스템에 대한 지식을 향상시킬 수 있을 것이라고 합니다. 


##참고자료##

 


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