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우주 화성의 대기는 매우 희박하다. 대부분이 이산화탄소로 구성돼 있고 산소의 함유량은 극히 적다. 학계는 본래 화성의 대기 두께가 지구의 대기층과 비슷할 정도로 두터웠지만, 수 십억 년에 거쳐 대기층의 탄소가 벗겨져 나간 것으로 믿어왔으며 이러한 현상의 이유는 베일에 가려져 있었다.
그러나 최근 미국항공우주국(NASA)의 제트추진연구소(JPL)와 캘리포니아대학 공동연구진이 이러한 미스터리의 실체를 찾아냈다고 밝혀 학계의 관심이 쏠리고 있다.
기존에는 화성의 태양풍이나 화성 표면의 우주암석 등이 화성 대기의 상당부분을 우주 밖으로 밀어냈다는 학설이 지배적이었다.
실제로 오늘날의 화성 대기의 두께는 지구의 0.6%에 불과하다. 이 때문에 태양으로부터 받는 화성의 복사량은 지구의 0.43배이고, 이는 화성의 표면온도가 지구보다 낮은 원인이기도 하다.
여기까지는 기존의 학설과 크게 다르지 않지만, JPL은 화성의 대기밀도가 유독 낮은 것이 일명 ‘자외선 광해리’ 현상 때문인 것으로 보인다고 주장했다.
광해리(Photodissociation)는 전자에너지 또는 광자에너지를 흡수해 분자가 하나 또는 그 이상의 원자를 잃는 것으로, 태양에너지를 받아 화학작용이 일어나는 것을 뜻한다. 예컨대 초기 지구의 최초의 산소는 수증기가 자외선에 의해 광해리 됨으로써 생성됐다고 여겨진다.
이러한 과정을 화성에 대입해 봤을 때, JPL은 태양의 자외선을 받은 화성 대기의 이산화탄소가 각각 탄소와 산소의 개별원자로 분리되고, 이후 분리된 분자들이 우주로 날아가면서 소실되었다고 보고 있다.
실제 화성 대기에서는 동위원소인 탄소12, 탄소13이 존재하는데, 탄소13은 탄소12에 비해 중성자 수가 더 많아 주로 대기 아래쪽으로 가라앉는다. 광해리 과정으로 분리된 탄소 중 더 가벼운 탄소12가 우주 대기로 흩어지면서 대기의 밀도가 줄어들고, 동시에 탄소13의 함량이 풍부해졌다는 것이 연구진의 추측이다.
연구를 이끈 캘리포니아대학의 후런위 박사는 “40억 년 전에는 지금보다 더 자주 강한 태양풍이 불어왔다. 이는 곧 태양의 자외선 방출이 지금보다 더 큰 영향을 미쳤다는 것을 뜻한다”면서 “이러한 매커니즘으로 살펴봤을 때, 화성의 대기 밀도가 지구보다 낮은 것은 태양의 자외선과 관련된 현상 때문일 것으로 보인다”고 설명했다.
한편 자세한 연구결과는 세계적인 과학저널인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 최신호에 실렸다.
송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr
