태양계의 지구형 행성 (화성)

 화성은 태양계 행성 중 우리의 관심을 가장 많이 끈 행성으로 영화와 소설의 소재로도 많이 사용되고 있다. 지구에 근접해 있고, 많은 에피소드로 생명의 존재 가능성이 제시되어 신비감과 공포감을 동시에 준 행성이다. 이러한 호기심은 바이킹, 마스 글로벌 서베이어, 마스 오디세이, 마스 패스파인더, 스피릿, 오퍼튜니티 등 많은 우주선의 화성 탐사로 이어졌으며, 그 결과 제2의 지구로 화성에 대한 풍부한 자료를 확보함으로써 화성 연구에 많은 발전을 가져왔다. 

 화성은 대부분 이산화탄소로 이루어진 매우 얇은 대기가 있다. 지표 부근의 대기압은 약 0.006 기압으로 지구의 약 0.75퍼센트에 불과하다. 이렇게 엷은 대기는 중력이 작기 때문이다. 화성 대기의 구성은 이산화탄소가 약 95퍼센트, 질소가 약 3퍼센트, 아르곤이 약 1.6퍼센트이고, 다른 미량의 산소와 수증기 등을 포함한다. 이는 금성과 매우 비슷한 대기의 구성이지만 금성에 비해 대기가 매우 희박하여 금성과 같이 높은 온도를 가질 수 없다. 2003년 망원경을 통한 관측에서는 화성 대기에 메탄이 있다는 가능성이 제기되었고, 그 후 2004년에는 마즈 익스프레스 탐사선의 조사에 메탄의 존재가 확인되었다. 화성의 환경에서 금방 없어지는 메탄이 발견되었다는 것은 어디선가 적어도 최근 100년 이내에 보충받고 있음을 알려주는 매우 흥미로운 일이다. 이 메탄가스 생성 원인으로 화산활동이나 미생물 형태의 생명 존재 또는 혜성의 충돌 등의 가능성을 생각해보지만 지금까지 모두 확인되지 않았다. 화성은 겨울 몇 개월간 극지방에서 밤이 계속되면 지표는 매우 저온이 되고 대기 전체의 약 25퍼센트 정도 얼려버려서 대기압이 낮아지고 이후 극에 다시 햇빛이 비치는 계절이 되면 얼었던 이산화탄소가 승화하여 극지방에 강한 바람이 발생하는 등 대기가 크게 변동하기도 한다. 생성된 강한 바람은 화성의 먼지 등을 이동시키며 먼지 폭풍을 만드는데 이는 지구에서 바라보는 화성의 모습을 변하게 하는 원인이다.

 화성의 대기가 희박하기 때문에 열을 유지할 수 없기 때문에 화성의 표면온도는 매우 낮다. 화성의 극지방의 빙관 또한 낮은 온도로 인해 존재가 가능하다. 화성은 수성보다는 크나 지구와 금성보다는 질량이 작은 행성이다. 화성의 내부구조가 지구와 다르다는 것을 의미하며, 내부의 무거운 핵이 상대적으로 작고, 지구의 핵보다 가벼운 원소로 이루어졌을 것으로 추측하고 있다. 화성의 지형은 크게 북반구와 남반구로 나눈다. 북반구 특징은 평평한 평원이 특징으로 용암류에 의해 평평하게 만들어졌다는 설도 있고, 대량의 물에 의한 침식설도 있다. 남반구는 운석 충돌로 움푹 팬 땅이나 크레이터가 존재하는 고지가 많다. 화성 표면도 두 종류의 지역으로 나뉘며 양쪽의 밝기가 다르다. 밝게 보이는 평원은 붉은 산화철을 많이 포함한 티끌과 모래로 덮여 있으며 아라비아 대륙이나 아마조나스 평원 등으로 불린다. 어두운 곳은 바다로 생각하고 세이렌의 바다, 오로라만, 에리 트아해 등으로 불리고 있다.

 화성의 표면은 주로 현무암과 안산암의 암석으로 되어있으며, 이 두 가지는 지구 상에서 마그마가 지표 근처에서 굳어 생기는 암석으로, 포함된 이산화규소의 양으로 구별된다. 화성의 붉은색은 토양 내 산화철 때문으로 화성 대부분의 지역에 미세한 티끌로 두께 수 m 혹은 그 이상 덮여 있어서 전체적으로 붉게 보인다. 화성의 극지방에는 물과 이산화탄소의 얼음으로 된 극관이 있으며, 이산화탄소 얼음은 여름에는 승화하여 암석으로 된 표면이 나타나고 겨울에는 다시 얼음이 되어 계절에 의해 변화한다. 그리고 물의 얼음은 극관에 얼어 여름에도 계속된다. 화성 표면은 태양계에서 알려진 것 가운데 가장 높은 산인 올림포스 산이 있고 높이가 약 25킬로미터이다. 이 산은 타르시스 고지라고 불리는 넓은 고지에 있다. 이 타르시스 지대의 동부를 따라 뻗어있는 계곡 계인 최대의 협곡인 마리 네리스 협곡도 존재한다. 길이 4000킬로미터 이상이며, 폭은 평균 200킬로미터, 부분적인 폭은 500킬로미터에 달하며, 깊이는 최대 7킬로미터에 이른다. 이와 같은 단층 계곡 등은 가장 최근까지 지질학적 활동이 지속된 것으로 보이는 여러 흔적이 있다. 이밖에 화성에는 많은 크레이터도 존재하는데 그중 최고는 헬라스 분지로 밝은 적색의 모래로 덮여 있다.

 화성의 자전주기는 약 24시간 37분이며, 자전축 또한 약 25° 기울어진 것이 지구와 비슷하다. 따라서 지구와 같은 계절의 변화가 생기겠지만 화성의 운동이 장기간 안정한 지를 조사하기 위해 실험 결과 화성의 자전축이 크게 변하는 현상이 일어나고 있다는 것을 발견하였다. 태양과 다른 행성들과의 중력 상호작용에 의한 것으로 화성의 자전축이 수백만 면에 걸쳐 불규칙하게 변동하고 있는 것으로 추정한다. 이것은 태양의 중력으로 생기는 시공간의 힘이 화성 궤도에 영향을 주고 있는 것으로 보고 있다. 또한 지구의 기울기는 우연으로 생기지 않고, 지구의 안정된 자전축은 거대한 위성인 달과의 상호작용으로 형성되었음을 알려준다. 화성은 조그마한 자연 위성 두 대를 가지고 있다. 두 개의 위성은 1877년 아사브 홀이 발견하였고, 화성의 바깥 궤도를 돌고 있는 데이모스와 비교적 안쪽 궤도를 돌고 있는 포보스가 있다. 이 두 위성은 화성의 적도면 근처를 거의 원 궤도를 그리고 돌고 있다. 이들은 원래 소행성이었으나, 화성의 중력에 포획된 것으로 보인다. 포보스는 화성의 자전 속도보다 빠르게 공전하여 화성 지표면에서 보면 서쪽에서 동쪽으로 지는 것으로 보이며, 데이모스는 30시간 30분 정도의 공전 주기를 가지고 있다. 두 위성도 지구의 달과 같이 자전 주기와 공전 주기가 같아 화성에 항상 같은 면만 향한다.