화성(火星, Mars)은 네 개의 지구형 행성이며, 태양계의 네 번째 행성입니다. 로마 신화에서 전쟁의 신인 마르스의 이름을 따서 Mars라는 명칭을 가지며, 동양에서는 불을 뜻하는 화(火)를 사용하여 화성 또는 형혹성(熒惑星)이라 칭합니다.
1. 화성의 특성
화성의 표면적은 지구의 4분의 1이며, 질량은 10분의 1입니다. 화성은 붉은 외형을 가지고 있으며, 두 개의 위성인 포보스, 데이모스를 가집니다. 대기의 95퍼센트는 이산화탄소이며, 3퍼센트의 질소, 1.6퍼센트의 아르곤으로 이루어져 있으며, 약간의 산소를 포함합니다. 이러한 화성의 대기권은 매우 얇고, 포면 기압은 7.5밀리바입니다.
화성 지형의 몇 가지 특징 중 하나는 화성이 극지방이 얼음과 이산화탄소를 포함하는 얼음 지대로 덮여 있다는 것입니다. 그리고 화성은 발레스 매리너리스(Valles Marineris) 혹은 '화성의 흉터'라고 불리는 태양계에서 가장 큰 '협곡 지대'를 가지고 있습니다.
화성의 핵은 유황 16~17퍼센트의 철과 니켈로 이루어졌으며, 지구의 핵보다 가벼운 원호가 두 배 더 많다고 추측됩니다. 중심부는 규산염 맨틀로 둘러싸여 있어서 많은 지각과 화산 활동을 보였지만 지금은 휴면상태입니다. 화성 지각의 평균 두께는 약 50km이며, 최대 두께는 125km입니다. 이런 지각은 실리콘, 산소, 철, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 칼륨 원소를 포함합니다.
화성 북반부와 남반구 지형은 비대칭성을 가집니다. 북쪽 부분은 용암층이 흘러내려서 평평하고, 남쪽은 고지대에 오래전 생긴 충격으로 구멍이 파이고 분화구가 생겼습니다. 화성의 표면은 두 부분으로 구역이 나눕니다. 하나는 먼지와 산화철이 섞인 모래로 뒤덮여 하얀 부분은 화성의 대륙이라 여겨졌으며, 어두운 부분은 바다로 여겨졌습니다. 화성에서 가장 큰 분화구는 헬라스 분지(Hellas impact basin)라 하고, 가벼운 붉은 모래로 덮여 있으며, 지구에서 보이는 가장 어두운 부분은 시르티스 메이저(Syrtis Major)입니다.
화성의 표면은 현무암으로 되어 있으며, 대부분이 산화철의 먼지로 덮여 있습니다. 화성의 표면에서 물이 존재할 때 생성되는 광물인 암염이나 침철석이 발견되어 물이 존재했다는 증거가 되었습니다.
화성 형성으로부터 38억~35억 년 전까지의 시대를 '노아키안 시대'라 하며, 이 시대의 표면은 많은 거대한 크레이터로 덮여 있습니다. 후기에는 엄청난 양의 액체 물에 의한 홍수가 있었다고 생각됩니다.
35억~18억 년 전까지의 시대를 '헤스퍼리안 시대'라고 하며, 넓은 용암지대가 형성되었습니다.
18억 년 전부터 현재까지 시대를 '아마조니안 시대'라고 하며, '올림푸스 화산'이 이 시대에 형성되었으며, 다른 지역에서 용암류가 형성되었습니다.
화성의 대기압은 지구의 대기 밀도와 비교했을 때 100분의 1 정도로 매우 낮습니다. 대기의 주성분인 이산화탄소가 얼어서 거대한 극관을 만드는 과정이 양극에서 교대로 일어나고 이산화탄소는 눈 층을 만들고 봄이 되면 증발합니다. 그리고 대기가 적기 때문에 기압이 매우 낮고 물이 있더라도 기압 때문에 빨리 증발하게 됩니다. 과거에 화성은 물이 풍부하고 대기도 지금보다 컸을 것으로 추측하게 됩니다.
2. 화성의 공전과 자전
화성의 궤도 이심률은 약 7퍼센트로 큰 편이며, 태양계에서 이보다 이심률이 큰 궤도를 가지는 행성은 수성뿐입니다. 화성의 공전 주기는 686.971일이며, 화성의 태양일은 지구보다 약간 긴 24시간 37분 22초 정도입니다. 화성의 기울기는 지구와 비슷해서 자전축은 25.19도 정도 기울어 있습니다. 그러므로 화성에서도 지구와 비슷한 계절을 나타내지만, 공전 각속도가 느려서 계절의 길이는 지구에 비해서 약 2배 정도 됩니다.
3. 화성에 생명체는 존재했는가?
태양의 생명가능지대는 금성을 넘은 지점부터 시작하여 화성 부근까지입니다. 화성이 근일점에 도착했을 때 이 지대 안에 포함됩니다. 그러나 화성의 옅은 대기가 액체 상태의 물이 화성의 표면에 존재하는 것을 막게 됩니다. 과거의 화성은 물의 흐름을 연구했을 때 생명거주의 가능성을 보여주었으나, 최근 연구에서는 화성에 존재하는 물이 높은 염도나 높은 산도를 가지고 있어서 생명체가 존재할 수 없다는 것으로 보고 있습니다.
화성의 옅은 대기로 인한 낮은 대기압은 화성의 표면에 물의 형태가 유지될 수 없게 하며, 지질학적으로 화성의 화산 활동은 종결되어 화성의 화학물질이 표면으로 순환하지 못합니다. 이러한 이유로 화성은 생명체가 존재할 수 없다고 할 수 있습니다.
이런 여러 증거로 화성이 과거에는 지금보다 생명이 살기에 적합한 환경이었을 것으로 보이지만, 지금까지 실제로 화성에 생명이 존재했을 것이라는 정확한 답은 얻지 못했습니다.
4. 화성 탐사의 역사
인류는 지금까지 로봇 탐사선을 화성으로 여러 번 보냈으나, 탐사의 실패율은 매우 높아 몇몇만 성공했습니다.
1962년~1973년에 NASA의 제트 추진 연구소(Jet Propulsion Laboratory)는 내태양계를 탐험할 10개의 매리너 우주선을 설계 및 제작하였습니다. 이 우주선은 금성, 화성, 수성을 최초로 탐사하기 위해 만들어졌으며, 비교적 작은 로봇 탐사선으로 아클라스 로켓에 실려 발사되었습니다.
매리너 3호, 4호는 같은 기체이며, 최초로 화성을 지나치며 관찰하도록 설계되었으며, 매리너 3호를 1964년 11월 5일에 발사했으나 우주선 윗부분을 덮은 뚜껑이 열리지 않아 화성에 도달하지 못했습니다. 그 후 1964년 11월 28일 매리너 4호가 성공적으로 발사되어, 1965년 6월 14일 화성을 지나며 다른 행성의 근접 사진을 처음으로 찍었습니다. 8개월의 기간 동안 작은 테이프 레코더에는 달 모양의 분화구들이 기록되어 있었습니다. NASA는 계속 매리너 계획을 진행했으며 매리너 9호는 성공적으로 화성 궤도에 진입했습니다. 매리너 9호는 화성이 과거 액체 형태의 물이 있었을 것으로 추정하는 증거가 되는 첫 번째 사진을 찍어냈습니다.
1976년 바이킹 호 두 대가 화성 궤도에 들어가 각각 착륙 모듈로 내려 화성 표면에 내려섰습니다. 이때 첫 번째 컬러 사진과 다른 추가적인 과학적 정보를 찾았습니다.
1997년 7월 4일 마스 패스파인더가 화성에 착륙하고, 소저너라는 작은 원격 조정체를 조정하여 착륙 지점 주위의 몇미터를 여행하여, 화성의 환경 조건을 탐색하고 표면의 돌들을 수집했습니다.
1996년 11월 7일에 발사된 마스 글로벌 서베이어(Mars Global Surveyor)는 1997년 9월 12일에 화성 궤도에 도달하고 1년 반 정도가 지난 후, 화성 궤도가 타원형에서 원형으로 자리 잡았으며, 1999년 3월부터 매핑 임무에 들어갔습니다. 이 우주선은 최근인 2001년 1월 31일 기초적인 임무를 완료했으며, 화성 표면과 대기권 및 내부에 대한 전체적인 연구를 수행하고, 이전 탐사에서 얻은 결과물보다 더 많은 정보를 얻어 왔습니다. 현재는 2단계 임무를 수행하고 있습니다.
2008년 7월 31일 피닉스 화성 탐사선이 화성에 물이 존재함을 확인하였다고 미국 국립항공우주국이 발표하였습니다.
퍼서비어런스(Perseverance) 화성 탐사차는 2020년 7월 30일 지구에서 출발 후 2021년 2월 18일 화성 착륙에 성공하였습니다. 인간이 어떤 조건에서 화성 착륙에 성공하고 탐색할 수 있는지에 대한 여러 중요한 데이터들을 제공하게 되었습니다.