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* 2018년 ESA Mars Express 탐사선의 레이더 센서는 화성에 물이 있다는 희망을 제공
* 최근 분석, 소위 스멕타이트(smectite)라고 하는 특수 점토 광물에서 나왔을 것으로 추정
* 액체 물 이론이 타당하려면 6-8배 더 많은 열과 거 많은 염분이 필요

화성 남극 아래에는 물이 없다?
분명히 물을 나타내는 레이더 에코는 소리 층의 신호로 판명됐다.

심각한 의심:
화성 남극의 만년설 아래에는 액체 상태의 물이나 호수가 없는 것 같다.
현재 연구에서 밝혀진 바와 같이, 물을 나타내는 레이더 신호는 소위 스멕타이트(smectite)라고 하는 특수 점토 광물에서 대신 나올 수 있다. 또한, 궤도 탐사선의 보다 최근 측정 데이터에 따르면 레이더 에코는 염수를 사용하기에도 너무 추운 화성의 만년설 지역에서 발생한다. 

▲ 화성 남극의 만년설의 모습. 빙하 웅덩이가 있을까 아니면 얼어 붙은 점토 광물이 있을까? © ESA/DLR/FU Berlin/Bill Dunford

화성에 액체 물?

2018년부터 화성 남극의 레이더 데이터는 이것이 오늘날의 붉은 행성에서도 마찬가지일 수 있다는 희망을 불러일으켰다. 당시 ESA Mars Express 탐사선의 레이더 센서는 북극 얼음 갑옷의 바닥에서 밝게 반사되는 층을 감지했다. 2020년에 이 데이터를 재평가한 결과 만년설 아래 빙하 호수와 여러 연못이 있을 수 있다고 제안했다.

그러나 초기에 일부 행성 연구자들이 이 화성의 호수에 대해 가지고 있던 의구심이 이제 확인되었을 수 있다. 새로운 측정 데이터와 실험은 화성의 남극에 액체 상태의 물이 존재한다는 몇 가지 주장을 제공했다. 캐나다 요크 대학의 아이작 스미스(Isaac Smith)는 "이 수자원에 대한 첫 보고 이후 과학계는 다소 회의적이었다"고 보고했다.

레이더가 잘못된 위치에서 울렸다.

NASA 제트 추진 연구소의 제프리 플러트(Jeffrey Plaut)와 팀은 첫 번째 모순을 발견했다.
그들은 Mars Express 탐사선이 지난 15년 동안 수집한 남극 만년설 내부에서 4만4000개의 레이더 에코를 재평가했다.

액체 물에서 비롯된 것으로 추정되는 레이더 신호는 빙상의 바닥뿐만 아니라 얼음 표면 근처의 층에서도 발생하는 것으로 나타났다.

문제:
Plaut가 설명하는 것처럼 화성 만년설의 더 높은 곳에서는 물을 액체로 유지하기에는 너무 춥다. 예를 들어 화성에서 흔히 볼 수 있는 과염소산염 형태의 염분 함량이 높더라도 물이 얼지 않도록 하는 데 충분하지 않다. 또한 레이더 신호는 얼음에 포함된 물에 대해 특이한 공간 배열로 나타난다. 애리조나 대학의 스테파노 네로찌(Stefano Nerozzi)는 "만약 그것이 정말로 물이라면 물리적으로 거의 불가능했을 것"이라고 말했다.

▲ 색깔이 있는 점은 극지방 만년설의 레이더 에코를 나타내며 이는 액체 물의 신호로 해석된다. © ESA, NASA / JPL-Caltech

물 아니고 진흙?

Smith와 그의 팀의 연구는 빙하 아래의 화성 호수에 대한 또 다른 주장을 한다.
그들은 레이더 에코가 스멕타이트(smectite)라고 불리는 특정 점토 광물에서 나올 수 있다고 의심했다. 이들은 무엇보다도 현무암 암석이 풍화될 때 형성되는 팽윤성 시트 규산염이다.

"스멕타이트는 화성, 특히 남반구에서 매우 흔하다"고 Smith는 설명한다. "그들은 행성의 절반을 덮고 있다."
그러한 스멕타이트가 극지방의 얼음 아래에도 숨겨져 있다는 직접적인 증거가 없는 것이 사실이다. 그러나 Smith와 그의 팀은 극지방 만년설 가장자리와 남극 지역 일부에서 이 점토 광물의 특징적인 스펙트럼 신호를 추적했다. 이에 대한 데이터는 NASA의 화성 정찰 궤도선(MRO) 우주 탐사선에 탑재된 CRSM 적외선 분광기에서 제공했다.

레이더 신호는 동결된 스멕타이트와도 일치

다음 단계에서 연구원들은 실험실에서 스멕타이트가 화성 만년설 내부의 눈에 띄는 레이더 에코를 설명할 수 있는지 테스트했다. 이를 위해 그들은 이러한 광물 샘플을 영하 50도에서 동결하여 마르세이스에서 널리 사용되는 온도로 가져왔다. 그런 다음 그들은 유전 전도도를 결정하고 레이더 평가 모델의 도움으로 어떤 레이더 신호를 생성할지 결정했다.

결과:
"우리는 이 테스트의 결과가 실제 관측 데이터와 매우 잘 일치한다는 것을 발견했다"고 공동 저자인 이타카의 코넬 천체 물리학 및 행성 과학 센터의 Dan Lalich가 보고했다. 따라서 추정되는 물의 흔적은 얼어붙은 스멕타이트(화성 만년설 바로 근처에서 발생하는 것으로 밝혀진 광물)에서도 나올 수 있다.

물보다 찰흙

따라서 과학자들의 의견으로는 화성의 남극에 있는 호수가 있을 것이라는 기쁨이 시기상조였다는 몇 가지 징후가 있다. "액체 물 이론은 화성이 제공하는 것보다 6~8배 더 많은 열과 이 지역에서 발견되는 것보다 더 많은 소금을 필요로 한다. "이제 점토 광물이 특별한 상황 없이도 관찰을 설명할 수 있음이 밝혀졌다.“

그러나 얼음 아래 스멕타이트의 존재는 아직 입증되지 않았다.
"행성 연구에서 우리는 종종 작은 단계에서 진실에 접근한다"고 Plaut는 말한다. "원래 연구는 그것이 물이라는 것을 증명할 수 없었고 우리의 새로운 연구는 그것이 거기에 없다는 것을 분명히 증명할 수 없었다" Smith, Plaut 및 그들의 팀은 그들의 이론이 빙하 호수의 이론보다 훨씬 더 가능성이 높다고 생각한다.
(Geophysical Research Letters, 2021; doi: 10.1029 / 2021GL093631; doi: 10.1029 / 2021GL093618)
출처: 요크 대학교 NASA 제트 추진 연구소(JPL)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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