화성 남극의 얼음층에서 가스 분출 발견


매년 봄 태양이 화성 남극의 얼음지대를 강렬하게 비추면 얼음층에서 이산화탄소 가스가 강렬하게 분출하는 것이 발견되었다. 이 분출은 얇고 차가운 대기로 치솟아 올라 검은 색의 미세한 모래를 분출구 주변 수백 피트에 흩뿌리곤 한다.

이 극적인 장면은 Arizona State University의 Phil Christensen을 포함한 화성 과학자팀의 새로운 연구에서 발견되었다. 미국 지질조사국(U.S. Geological Survey)을 은퇴한 Hugh Kieffer, USGS의 Timothy Titus와 함께 작성한 이 논문은 2006년 8월 17일자 'Nature'에 실렸다. 이 새로운 연구 결과는 화성 극지에 대한 오랜 수수께끼를 풀어준다.

“만약 당신이 그곳에 있다면 이산화탄소 얼음 위에 서있을 것이다. 약 3피트 두께의 얼음층 아래에는 어두운 땅이 보일 것이며, 당신 주변에는 이산화탄소 기체가 뿜어져나오면서 모래와 먼지를 수백 피트 상공으로 뿜어내는 것을 볼 것이다. 우주복 신발을 통해 진동을 느낄 수 있을 것이며 당신이 서 있는 얼음층도 가스의 압력에 의해 들려질 것”이라고 Christensen은 말했다.

연구팀은 화성 남극의 얼음층에서 발견된 신비한 어두운 점들, 부채꼴 모양의 표시들, 그리고 거미 같이 생긴 형상들을 설명하고자 하였다. 50~150피트 크기이며 서로 수백 피트 떨어져 있는 검은 점들은 화성 남극의 얼음층에 태양이 떠오르는 시기만 되면 나타나곤 했다. 이들은 3~4개월 동안 나타난 후 사라졌으며, 겨울에 새로운 얼음층이 쌓이고 난 후 다음 해에 다시 나타났다. 대부분의 검은 점들은 같은 장소에서 다시 발견되곤 했다.

“원래 과학자들은 검은 점들이 얼음이 녹아서 사라진 후 따뜻한 지표면이 노출된 것이라고 생각해왔다. 그러나 NASA의 Mars Odyssey 궤도선에 실린 THEMIS에 의한 관측 결과, 이 점들은 이산화탄소 얼음과 거의 비슷하게 차가운 화씨 -198도였다”고 Christensen은 지적했다. 이로써 이 점들은 얼음 위에 드리워진 검고 얇은 층으로서 차갑게 유지되고 있는 것으로 나타났다.

THEMIS는 방사열 영상 시스템(Thermal Emission Imaging System)으로서 다파장 카메라이다. Christensen은 ASU의 새로운 School of Earth and Space Exploration의 지질과학 교수로서, THEMIS를 디자인했으며 이 기구의 책임 연구자이다. 이 학교에는 ASU의 유명한 Mars Space Flight Facility가 있다.

연구팀은 200여 장이 넘는 THEMIS 가시광선, 적외선 영상을 이용하여 화성의 동경 99도, 남위 86.3도에 있는 얼음층을 남극의 늦겨울에서 여름까지 연구하였다. 이 점들은 태양의 고도가 0.5도일 때부터 나타났으며 그 후 몇일 만에 숫자가 급격하게 증가하였다. “몇몇 곳은 100일 동안 점들이 나타나지 않다가 약 일주일만에 수많은 점들이 발달되었다”고 Christensen은 지적했다.

과학자들은 검은 점이 처음 나타난 후 수일 혹은 수주일 후에야 부채꼴 모양의 검은 형상이 나타났으며, 어떤 것의 길이는 반 마일이나 되었다고 전했다. 또한 “거미” 모양의 홈들이 얼음 표면에 나타났으며, 이 홈들은 검은 점들로 모여들고 있었다.

“이러한 거미 모양과 점들이 어떠한 물리적 환경에서 생성되는가 하는 것이 중요하다”고 그는 말한다. 모든 프로세스는 화성 남극의 차가운 겨울에서 시작된다. 기온이 화씨 -200도일 때 95%가 이산화탄소로 이루어진 화성의 대기가 물의 얼음과 모래, 먼지로 이루어진 화성 남극의 영구적 얼음층 위에 바로 얼어붙는다.

겨울 동안 이산화탄소 결정은 재결정되어 더욱 밀도가 커진다. 이 때 이산화탄소 얼음 속에 갇힌 먼지와 모래 입자는 아래로 천천히 가라앉는다. 봄이 되어 태양이 떠오르면 이산화탄소 얼음은 3피트 두께의 반투명이 되고 그 아래에는 모래와 먼지로 된 검은 색의 층이 있게 된다.

태양 빛이 이 어두운 층에 닿아서 데우면 바닥과 닿아 있는 얼음이 승화되어 기체로 변한다. 태양 고도가 점차 높아지면 승화가 가속화되어 압력이 커지고 얼음층이 지표에서 위로 들리게 되면서, 틈새를 찾아 시속 100마일로 분출하게 된다. 이 때 분출하는 가스는 먼지와 모래를 풍화시켜 홈 모양을 만들어낸다.

“일단 거미 형상이 만들어지면 내년에도 같은 장소에서 분출이 일어나게 된다”고 Christensen은 말한다. 분출시 가스는 모래와 먼지를 공중으로 날리게 되고, 무겁고 큰 입자는 분출구 주면에 떨어져 검은 점을 형성한다. 한편 가벼운 입자는 수십에서 수백 야드 길이의 부채꼴 모양을 만들게 된다. 그리고 가장 가벼운 입자들은 바람에 실려 얇은 층을 형성한다. 이러한 분출은 얼음층이 모두 승화할 때까지 지속된다. 이러한 과정은 지구상에서는 일어나지 않는 것이라고 Christensen은 말한다.


http://www.spaceflightnow.com/news/n0608/16marsspots/

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