화성은 용암이 통과하여 형성된 깊은 지하 동굴 같은 시스템부터 행성 전체를 덮을 수 있는 세계적인 먼지 폭풍에 이르기까지 많은 이상한 지질학적 특징을 가지고 있습니다. 공식적으로는 아라네형 지형으로 알려진 기이한 모양의 “거미”처럼 표면에도 이상한 특징이 있습니다.
이제 연구자들은 이러한 거미의 특징을 지구상의 실험실에서 재현하여 붉은 행성에서 어떻게 형성되었는지 보여줄 수 있었습니다.
이 연구는 다음과 같은 논문에 발표되었습니다. 행성 과학 저널는 연구자들이 2003년 화성 궤도를 도는 우주선에서 처음 관찰한 특징을 어떻게 재현할 수 있었는지 설명합니다. 이후 연구자들은 지구에서 관찰되는 것이 아니기 때문에 이러한 특징이 어떻게 형성되었는지 궁금해 했습니다.
이 특징은 너비가 0.5마일까지 늘어날 수 있으며, 이름이 붙여진 수백 개의 소름 끼치는 다리로 둘러싸인 중앙의 융기된 영역이 있습니다. 연구자들은 화성의 대기와 압력에 특히 뭔가가 있을 것이라고 생각했는데, 이는 이곳 지구와는 다른 것이 화성의 형성을 돕고 있었습니다.
과학자들이 화성의 독특한 조건이 화성의 지질학적 특징에 어떻게 기여하는지에 대한 더 나은 아이디어를 얻음에 따라 이러한 특징을 연구하면 화성과 그 기후를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.
NASA 제트 추진 연구소의 연구원인 Lauren Mc Keown은 “거미는 그 자체로 이상하고 아름다운 지질학적 특징입니다”라고 말했습니다. “이러한 실험은 모델이 어떻게 형성되는지 조정하는 데 도움이 될 것입니다.”
거미가 형성되는 방법
이론은 화성의 계절이 지나가면서 거미가 만들어졌다는 것입니다. 여기 지구와 마찬가지로 화성에도 여름은 더 따뜻하고 겨울은 더 춥습니다. 하지만 화성의 태양 주위 공전 궤도가 더 길기 때문에 화성의 계절은 지구 계절의 두 배나 더 오래 지속됩니다.
겨울에는 날씨가 추워지면 화성 표면에 이산화탄소로 형성된 얼음이 쌓입니다. 계절이 바뀌면서 태양은 더 밝고 따뜻해지며 투명한 이산화탄소 얼음 아래의 토양을 가열합니다. 토양은 색이 더 어둡기 때문에 얼음보다 더 빨리 가열되므로 표면 바로 옆의 얼음은 승화라는 과정을 거치게 되는데, 여기서 액체 단계를 거치지 않고 고체에서 기체로 직접 변합니다.
이로 인해 토양 위에 있지만 빙상의 다른 부분 아래에 있는 가스 주머니가 생성되고, 이 가스는 점차적으로 축적되어 그 위의 얼음이 깨질 때까지 압력을 증가시킵니다. 가스는 균열을 통해 위쪽으로 빠져나와 먼지와 잔해물을 운반하고 갈라진 거미 모양을 남깁니다.
그 설명은 과학자들이 화성과 그 상태에 대해 알고 있는 내용을 바탕으로 이해가 되지만 그것이 옳다는 증거는 없었습니다. 그것이 사실인지 알기 위해 연구자들은 화성의 조건을 재현하고 실험실에서 스스로 거미를 형성할 수 있는지 확인해야 했습니다.
실험실에서 거미 만들기
이 이론이 맞는지 테스트하기 위해 연구자들은 화성 환경의 몇 가지 핵심 조건을 만들어야 했습니다. 그것은 첫째로 화성 영하 301도(섭씨 영하 185도)의 낮은 온도로 겨울철에 화성을 재현하고 있었기 때문에 매우 추워야 한다는 것을 의미했습니다. 또한 화성의 대기 밀도는 지구의 1%에 불과하기 때문에 매우 낮은 기압이 필요했습니다.
연구팀은 NASA의 제트 추진 연구소(JPL)에 있는 얼음 환경을 위한 더러운 진공 시뮬레이션 테스트베드(DUSTIE)라는 시설을 사용했습니다. 이름에서 알 수 있듯이 이 챔버는 먼지로 채워진 다음 액체 질소를 사용하여 매우 낮은 온도로 냉각될 수 있습니다.
먼저 먼지, 즉 기술적으로 토양 모의물질이라고 불리는 물질을 냉각시켰습니다. 그런 다음 DUSTIE 내부에 넣고 압력을 화성의 압력과 비슷해질 때까지 줄였습니다. 연구자들은 화성 대기에서 발견되는 것과 유사한 이산화탄소를 챔버에 추가했습니다. 그런 다음 그들은 이산화탄소가 가스에서 얼음으로 얼어붙는 것을 관찰했습니다.
다가오는 여름 햇빛의 따뜻함을 시뮬레이션하기 위해 그들은 먼지 아래에 히터를 설치하여 얼음을 깨뜨려 거미가 형성되기를 바라면서 먼지를 따뜻하게 했습니다. 결국 효과가 있었습니다.
5년 동안 이 문제를 연구해 온 Mc Keown은 “금요일 늦은 저녁이었고 실험실 관리자가 내가 비명을 지르는 것을 듣고 갑자기 들이닥쳤다”고 말했습니다. “그녀는 사고가 났다고 생각했어요.”
새로운 세부 정보 공개
이 연구는 거미가 어떻게 형성되는지에 대한 이론만을 뒷받침한 것이 아닙니다. 또한 이전에 예측하지 못했던 몇 가지 새로운 세부 사항도 공개되었습니다.
특정 조건에서 얼음은 먼지 위의 시트뿐만 아니라 먼지 알갱이 사이에도 형성되었습니다. 그런 다음 기질이라고 불리는 먼지 층을 깨뜨려 열어 거미의 모습을 약간 다르게 만들었습니다.
이런 일은 가끔 발생했는데, 이는 존재하는 먼지 알갱이의 종류와 지하 얼음의 존재와 관련이 있는 것으로 보입니다. 따라서 현재 위치의 특정 조건에 따라 거미를 설명할 수 있는 잠재적으로 두 가지 프로세스가 있습니다.
JPL의 동료 연구원인 세리나 디니에가(Serina Diniega)는 “이것은 자연이 교과서 이미지보다 조금 더 지저분하다는 것을 보여주는 세부 사항 중 하나입니다.”라고 말했습니다.
이제 연구팀은 얼음 아래가 아닌 위에서 발생하는 열을 시뮬레이션함으로써 화성의 조건에 더 정확하기 때문에 실험을 더욱 정밀하게 만들고 싶어합니다.
그러나 거미가 화성의 일부 위치에서만 형성되고 다른 위치에서는 형성되지 않는 이유와 같이 실험실에서 대답할 수 없는 질문도 있습니다. 거미는 현재 큐리오시티(Curiosity)와 인내(Perseverance) 탐사선이 현재 탐사하고 있는 곳에서 멀리 떨어진 화성의 남반구에서 볼 수 있기 때문에 연구자들은 이러한 질문에 대한 답을 기다려야 할 것입니다.
