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과학

화성의 지구화 프로젝트...

화성의 지구화 프로젝트, 테라포밍 마스...









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화성의 하루는 지구의 하루보다 39분 25초가 더 깁니다. 

화성이 태양을 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간은 687일, 

계절의 변화는 지구와 같지만, 한 계절이 지구보다 두 배나 오래 지속되는 셈입니다.

게다가 타원의 궤도로 돌기 때문에 계절의 차이는 더 극명하게 드러납니다.

지구보다 태양에서 더 멀리 떨어졌으니 모든 계절이 춥겠죠.

지구의 전체 평균 기온은 15도, 화성의 전체 평균 기온은 4.4도. 

여름 한 낮은 21도까지 올라가지만, 밤이 되면 영하 73도까지 떨어집니다. 


화성의 표면적은 지구의 28% 정도. 지구가 바다, 강, 호수를 합쳐 

물이 70%를 차지하기에, 물을 뺀 지구의 육지 면적과 비슷한 크기입니다. 


지구와의 거리는? 

지구와 화성은 공전 주기가 다르기 때문에(지구는 365일, 화성은 687일) 

서로의 거리가 가까워졌다 멀어졌다를 반복하게 되죠. 

지구와 화성이 가장 가깝게 접근했던 2003년, 

두 행성간 거리는 5,470만 킬로미터였습니다. 

지구와 화성이 가장 멀리 떨어지면 두 행성간의 거리는 4억 킬로미터가 됩니다. 

따라서 화성으로 가는 가장 적합한 시기는 2년마다 한 번씩, 

정확히는 25개월마다 한 번씩(한 달 기간 동안) 돌아오고, 

15년에서 17년마다 한 번씩 두 행성의 거리가 크게 좁혀진다고 합니다. 


우주선으로 화성까지 간다면 편도 8개월, 왕복 16개월, 

우주선을 타고 지구에서 출발해 화성을 한바퀴 돌고 오는 시간이 

정확히 501일이 걸린다고 합니다. 




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지금까지 화성에 대략 55회 정도 탐사선을 보냈습니다.

그중 일부는 화성의 궤도를 돌며 자료를 분석했지만, 스피릿, 소저너,

패스파인더, 큐리오시티 등은 화성에 착륙해 데이터를 보내왔습니다. 

탐사선이 보내온 자료 몇 가지를 보면... 




태양계에서 가장 높은 산, 화성에 있는 올림푸스 산(Olympus Mons)입니다. 

높이가 무려 2만 7000미터. 히말라랴 산맥이 8천 8백48 미터죠.

히말라야, 로키, 알프스 산맥을 모두 합친만큼의 높이입니다.  

전체 너비는 한반도 크기와 맞먹는 수준이라고 하니, 

화성에서는 전체 모습을 볼  수 없고 우주로 나와야만 한 눈에 보이는 산입니다.  








발레스 마리네리스 협곡.

길이 4000 킬로미터, 깊이는 곳에 따라 5~10 킬로미터가 되는 거대한 협곡입니다. 

물이 흘렀던 증거가 있으나 지금은 말라버린 상태.









직경 800미터의 빅토리아 분화구









샤프 산 

화성은 해수면 기준이 없기에 바닥부터 5486미터, 

실제로는 히말라야보다 더 높은 산으로 수많은 퇴적암층이 드러나 있습니다. 









북극 근처 직경 35킬로미터의 분화구 안에 

액체상태였을 것으로 보이는 물이 그대로 얼어 붙어 있습니다. 








겨울 사진으로 보이는데, 

물이 존재했던 흔적은 곳곳에서 보입니다. 








우스터 분화구...




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지금까지 밝혀진 화성 탐사 결과를 보면

초기 화성은 지구와 마찬가지로 물이 있고 생명체가 있었습니다.

지구가 대기가 만들어질 정도로 산소가 생성되는 동안,

화성은 그 임계점을 넘지 못했고, 결국 산소는 대기로 흩어지고,

물은 증발하거나 지하로 스며들어 영구동토층으로 얼어붙은 것으로 추정합니다.

일부 산소는 토양에 있는 철성분을 산화시키며 붉은색으로 변했기에

동양에서는 '불 화(火)'자를 써서 "화성(火星)"이라 불렀고,

서양에서는 전쟁의 신 마스의 이름을 따 "Mars"라는 이름을 붙인 것입니다.


화성의 공기는 질소 2%, 아르곤 2%, 95%가 이산화탄소라고 합니다.

대기중의 산소는 1% 이하지만, 95%를 차지하는 이산화탄소가 있습니다.

이산화탄소는 28%의 탄소와 72%의 산소로 구성된 것이니,

이를 분해하면 95%를 차지하는 이산화탄소에서 산소를 얻을 수 있습니다.

대기중의 이산화탄소를 산소와 일산화탄소로 바꾸는 "MOXIE"라는 장비를

화성에 보내면 당장 생존하는 데 필요한 산소는 얻을 수 있다고 합니다.


화성에서 보내온 토양 샘플을 보면 스멕타이트라는 점토가 풍부합니다.

고양이 배설용 흙으로 쓰이는 스멕타이트는 물을 쉽게 흡수하여

식물 재배에 적합한 토양이라고... 게다가 대기를 차지하는 이산화탄소는

식물 성장에 큰 도움이 됩니다. 식물은 이산화탄소를 흡수하고 산소를 발생시키죠.

 국제우주정거장(ISS)에서 식물을 키워본 결과,

식물은 중력이 없는 우주정거장에서도 잘 자랐다고 합니다. 

식물재배를 위해 화성의 토양과 유사한 애리조나와 하와이 흙을

네덜란드로 보내 4,200종의 씨앗을 심었더니 대부분 싹이 텄다고 하죠.

그중 토마토, 호밀, 당근 등이 스멕타이트 토양에서 가장 무성하게 자랐다고 합니다.

지금도 화성과 유사한 환경을 인공으로 만든 캐나다 데번 아일랜드와

미국 유타 주 마스 소사이어티 온실에서 식물재배 실험을 계속 하고 있습니다.






물과 식량이 해결된다해서 인간이 거주할 수 있는 환경은 아닙니다.

낮은 기압과 태양풍을 이기려면 여압복(pressure suit)이라 부르는

우주복도 필요하죠. 물론 캡슐형 주거지 안에서는 필요 없지만요...

화성에 대기가 만들어지기 전까지의 이야기입니다.

지금 계획중인 "화성 이주계획"의 가장 큰 쟁점은 

어떻게 화성에 대기권을 만들어내는가 입니다.


화성에 사람을 보내는 프로젝트는 여러 곳에서 동시에 진행중이죠.

오비탈 사이언스라는 곳에서는 안타레스 로켓과 시그너스라는 우주선을 만들었습니다.

네덜란드는 "마스원(Mars One)"이라는 비영리단체를 만들어

2025년까지 화성에 인류를 보내는 작업에 착수했습니다.

억만장자 사진작가이자 최초의 민간인 우주 여행자였던 테니스 티토도

비영리단체 "인스피레이션 마스"를 결성, 2021년 한 쌍의 부부를 화성으로 보낼 계획입니다.

티토의 계획은 화성 착륙이 아니라 화성 궤도를 한 바퀴 돌고오는 화성 여행,

1년 반동안 캡슐 안에 갖혀 있어야 해서 부부로 선정했습니다.


화성 이주의 선두주자는 NASA도, 마스원도, 아마존도 아닌

불가능을 가능하게 만들었던 "스페이스 X" 사의 일론 머스크입니다.

그의 계획을 보면 입이 벌어집니다. 화성을 지구화하는 테라포밍 프로젝트...

2030년부터 2050년 사이에 8만명을 화성으로 동시에 이주시킬 계획을 세우고 있습니다.

200년 전 메이플라워호를 타고 신대륙으로 이주했던 것처럼

화성으로 인류를 이주시키는 거대한 프로젝트...

드래곤 V2라는 캡슐형 우주선은 개발 완료, 내년부터 달까지 여행을 시작합니다.

드래곤 V2를 우주로 실어나를 펠컨 로켓도 개발을 완료 했지요.


팰컨을 발사하는 데 들어간 비용은 6000만 달러, 이중 연료비는 0.3%랍니다.

만약 한 대의 팰컨을 천 번 사용할 수 있다면 비용은 6만 달러로 줄어들죠.

이를 위해 일론 머스크는 발사 후 다시 지구로 돌아와 재사용할 수 있는 

로켓을 만들었고, 3번의 실패 끝에 착륙에 성공했습니다.

지난 해 유튜브로 중계된 팰컨 로켓의 착륙과정을 지켜 봤는데...정말 놀랐습니다.

파도로 흔들리는 바지선 위에 로켓을 착륙시켰습니다.

로켓과 우주선을 재사용함으로써 화성까지 가는 비용은 1인당 50만 달러(5억원 대, 편도), 

중산층 정도면 누구나 이주할 수 있는 비용입니다.







이제 남은 문제는 화성에 영구적으로 거주할 수 있는 대기 환경을 만드는 것.

다행이도 대기 온도를 낮추기는 어려워도 온도를 높이는 방법은 잘 알고 있습니다.

온실효과로 인한 온난화 과정을 가속화시키면 되는 것이죠.

대안으로 내 놓은 몇 가지 방안을 살펴보면...


화성의 극지방에 있는 빙하를 폭파시키는 방법이 있습니다.

다량의 폭탄을 투하하거나 소행성의 궤도를 바꿔 화성에 충돌시키면,

폭발로 인해 화성의 온도가 높아지고(2.7도 상승), 얼음이 녹고, 물이 흐르고,

대기로 올라간 수증기는 다시 비구름이 되어 내리게 되죠.


정지 위성처럼 화성의 궤도 위에 거대한 거울을 띄우는 방법도 거론됩니다.

대각선 길이가 240킬로미터 되는 거대한 거울이 햇빛을 화성 표면에 반사시키면

남극의 온도를 10도 가량 올릴 수 있다고 합니다.

현재 기술로 가능한데 비용이 문제가 되는 것으로 알고 있습니다.


화성에 자기장 보호막을 씌우는 방법도 나옵니다. 

태양의 플레어나 코로나 방출로 인한 우주 복사선이 지구에 피해를 주지 않는 이유는

지구의 자기장이 보호막 구실을 하기 때문입니다. 자기장 보호막으로 인해

태양풍이 극지방으로 모이며 대기와 부딪쳐 내는 빛이 오로라 현상이죠.

태양과 화성 사이, 중력이 맞물리는 라그랑주 포인트라는 곳에서

인공으로 자기장을 만들어 주면, 자기장이 화성 전체를 에워싸게 되고, 

이것이 화성의 보호막이 되어 대기압력이 증가하고,

온도가 4도 상승한다는 계산도 나왔습니다.


화성에 유전자 변형 박테리아를 증식시키는 방법도 논의되고 있습니다.

물과 이산화탄소만 있으면 메탄 가스를 만들어 낼 수 있죠.

박테리아의 활동으로 발생하는 메탄 가스가 온실효과를 만들어

화성의 평균 기온이 올라갈 수 있지만, 적정한 온도가 되었을 때

어떻게 박테리아의 활동을 멈출지가 관건입니다.


이론대로 물과 대기가 형성된다면, 나무를 심고 숲이 성장해서

지금의 지구와 똑같은 환경이 만들어지는 데 340년이 걸린다고 합니다.

이런 내용을 간략히 정리한 영상입니다.








 


<화성 이주 프로젝트; 생존하라, 그리고 정착하라>

스티븐 L. 퍼트라넥 저 | 문학동네


문학동네 발간 <화성 이주 프로젝트>와 내셔널 지오그래픽 유튜브 영상,

NASA 홈페이지, 스페이스 X사 자료 등을 참고해서 작성한 글입니다.




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