지난 16일 미국 항공우주국(NASA)은 사이트를 통해 과학자들에게 단도직입적으로 ‘화성이 물이 있느냐?’는 질문을 했다고 밝혔다.

답변은 ‘예(yes)’였다. 물의 형태가 지구와 같지는 않지만, 분명히 존재한다는 것. 지구에서 물은 산소 원자 1개와 수소 원자 2개로 이루어진 그냥 물 혹은 얼음이다. 그러나 화성에서는 물과 얼음이 이산화탄소와 혼합돼 있다.

워낙 춥기 때문에 화성에서만 볼 수 있는 이산화탄소와 혼합된 물이 얼음의 형태로 곳곳에서 발견되고 있다. 과학자들은 바위 안에 얼음이 있는 들어 있는 경우도 있고 암석층과 층 사이에 얼음이 갇혀 있는 경우를 확인하고 있다고 설명해왔다.

화성탐사 최초로 짙은 농도의 수소 발견

NASA는 과학자들에게 두 번째 질문을 했다. ‘화성에서 액체 상태의 물을 발견한 적이 있느냐?’는 것.

이에 대해 과학자들은 아직 액체 상태의 물이 있는지 관찰하거나 분석하지 않았다고 답변했다. 그러나 계곡 등의  ‘반복적인 경사 라인(recurring slope lineae)’이라고 불리는 일부 언덕에 어두운 줄무늬 지형들이 있는 것을 주의 깊게 살펴보고 있다고 말했다. 이 경사 라인들이 액체 상태의 물 흐름으로 인해 형성될 수 있다는 추정을 하고 있었다는 것.

이런 분위기 속에서 실제로 액체 상태의 물이 있다는 내용의 논문이 발표됐다. 성명서를 통해 화성 표면에서 불과 몇 미터 아래에 있는 거대한 물 저장고에 ‘상당량(significant amount)의 물’이 존재한다는 증거를 확보했다고 말했다.

유럽우주국(ESA)과 러시아연방우주국(Roscosmos)이 지난 2016년 공동으로 발사한 화성 탐사선 엑소마스(ExoMars)의 가스 추적 궤도선(이하 TGO, Trace Gas Orbiter)이 관련 데이터를 보내왔다고 밝혔다.

물을 발견한 곳은 태양계에서 알려진 가장 큰 협곡인 매리너 협곡 내  4만 1000 제곱킬로미터 지역인데 연구원들은 표면에서 가까운 곳에서 비정상적으로 짙은 농도의 수소를 확인했으며 이는 상당량의 물이 있다는 증거가 될 수 있다고 밝혔다.

지구 생명체들의 경우 물은 생존에 있어 가장 중요한 요소다. 논문에서 밝히듯 화성 표면 아래 액체 상태의 물이 대량 존재하고 있다면 그곳에 언제인가 생명체가 살았거나 지금도 여전히 생명체가 존재할 수 있다는 중요한 단서가 될 수 있다.

연구 결과는 논문 검색사이트 ‘사이언스 다이렉트(ScienceDirect)’에 최근 게재됐으며 오는 2022년 3월호 오프라인 판에 게재될 예정이다. 제목은 ‘The evidence for unusually high hydrogen abundances in the central part of Valles Marineris on Mars’.

화성 초기 유기물질 찾는데 큰 도움

유럽우주국과 러시아연방우주국 공동 발표에 의하면 화성 표면 아래 대량의 물이 존재한다는 것을 확실시하고 있다.

논문 저자인 러시아 과학아카데미 우주연구소의 알렉세이 말라코프(Alexey Malakhov) 박사는 “매리너 계곡 중앙 부분에 우리가 예상했던 것보다 훨씬 더 많은 물이 가득 차 있는 것을 발견했다.”고 말했다.

주저자인 이고르 미트로파노프(Igor Mitrofanov) 박사는 이런 모습이 “지속적인 저온 때문에 건조한 토양 아래에 얼음이 영구적으로 존재하는 지구의 영구 동토층 지역과 매우 흡사하다.”고 말했다. 또 “만약 검출된 수소가 산소와 결합해 물 분자를 형성한다면 이 지역에서 표면에 가까운 물질의 40%가 물인 것으로 추정된다.”고 말했다.

태양계에서 가장 큰 계곡인 매리너 협곡의 길이는 4,000km, 깊이는 8km로 애리조나의 그랜드 캐니언보다 10배 길고 5배나 더 깊다. 과학자들은 이 협곡이 화성 표면의 거대한 지각 균열로 형성됐으며 바람과 물의 침식에 의해 더 매끄럽고 넓어졌을 가능성이 있다고 보고 있었다.

물이 있는 곳으로 추정되고 있는 면적은 네덜란드 크기와 비슷하면 깊은 계곡인 '칸도로 카스마(Candor Chasma)’ 계곡과 겹치는 지역이다. 연구팀은 논문을 통해 TGO가 화성 표면 또는 바로 아래에서 방출되는 중성자를 감지해 물의 단서가 되는 수소를 스캔할 수 있었다고 밝혔다.

이전에 과학자들은 표면 먼지에 달라붙는 물질의 이상한 흔적을 통해 물의 흔적을 확인하고 있었다. 이번에 수소 농도를 통해 물의 존재를 확인할 수 있었던 것은 화성의 지하까지 분석이 가능한 TGO 때문이다.

연구팀은 성명서를 통해 “이번 발견은 화성 표면 아래까지 볼 수 있는 TGO의 능력에 의한 것으로 화성 표면에서 깊지 않은 곳에 큰 저수지가 있다는 사실을 분명히 보여주고 있다.”고 강조했다.

이번 발견은 인류의 붉은행성 탐사에 있어 해를 마감하는 매우 중요한 연구 결과다. 이번 발견으로 인해 화성에 고대 호수가 있었는지, 그래서 화성을 뒤흔들었던 수천 번의 화산 폭발이 많은 물을 앗아 갔는지 등의 연구가 이어질 수 있다.

ESA의 TGO 프로젝트 책임자인 콜린 윌슨(Colin Wilson) 박사는 “현재 화성에 물이 어떻게 그리고 어디에 존재하는지에 대해 더 많이 아는 것은 한때 풍부했던 화성의 물에 무슨 일이 일어났는지 이해하는 데 필수적이며, 거주 가능한 환경, 과거 생명체의 징후 및 화성 초기의 유기 물질을 찾는 데 큰 도움이 된다.”고 말했다.