[우주] 인류의 화성 탐사

 안녕하세요. everylecturenote입니다.
 본 글은 KBS 프로그램 이슈 픽 쌤과 함께 "인류는 왜 화성을 꿈꾸는가"에서 제공된 정보를 바탕으로 화성 탐사의 주요 테마, 중요한 사실, 그리고 미래 전망을 종합적으로 다루었다. 인류의 화성 탐사 역사, 주요 국가들의 경쟁 구도, 화성의 특징, 그리고 미래의 화성 테라포밍 및 유인 탐사 계획 등을 중점적으로 요약하였다.

1. 인류의 화성 탐사 역사와 경쟁 구도

 1.1. 탐사의 시작

 1969년 아폴로 11호의 달 착륙 성공 이후, 미국과 소련의 우주 경쟁은 화성으로 확장되었다. 소련은 1971년 '마스 3호'를 세계 최초로 화성에 착륙시켰으나, 착륙 직후 신호가 끊겼다. 실질적인 첫 성공은 1976년 미국이 보낸 '바이킹호'로 평가된다.

 1.2. 높은 실패율

 화성 탐사선 발사는 50회 이상 시도되었지만, 성공률은 50% 미만이다. 특히 1976년 이후 1997년까지 10년간 연속 실패가 이어지면서 "화성이 탐사선을 삼켜버린다"는 음모론까지 생겨났다.

  1.2.1. 실패 원인

• 원격 조종의 어려움: 지구에서 화성까지 신호가 도달하는 데 약 5분이 소요되어 실시간 조정이 불가능하다.
• 신호 교란 및 끊김: 화성 대기권 진입 시 전파 교란으로 신호를 주고받을 수 없는 '블랙 아웃 시간(약 7분)'이 존재한다.
• 진입 각도: 대기권 진입 시 각도가 너무 얕으면 튕겨져 나오고, 너무 깊으면 타버린다. 약 60도의 '마법 각도'가 필요하다.

 1.3. 국가별 경쟁

• 미국: 오래 전부터 화성 탐사를 주도해왔으며, 생명체 존재 가능성과 인간 거주 가능성을 중점적으로 탐사하고 있다.
• 중국: 최근 '우주 굴기'를 내세우며 미국과 경쟁하는 '투톱 체제'를 구축했다. 중국은 "중국인이 외계인을 만나는 첫 번째 인류가 되어야 한다"는 목표를 가지고 있으며, '주롱호' 발사로 종합적인 화성 탐사 능력을 증명했다.
• 한국: 인공위성 제작 기술은 뛰어나지만 발사체가 없어 한계가 있다. 2021년 10월 누리호 엔진 실험 성공 시, 발사체 기술을 보유한 7번째 국가가 된다. 2029년 소행성 아포피스(2004년 발견된 소행성. 2029년 지구 가까이 접근이 예상되며 충돌에 대한 가능성이 제기되고 있다)에 탐사선을 보내는 프로젝트를 시작했으며, 2030년대 중후반에는 화성 궤도선 발사를 목표로 하고 있다.

2. 화성의 환경과 특징

 화성은 수성, 금성, 지구와 함께 표면에 땅이 있는 암석질 행성이다. 목성, 토성 등은 기체 행성이라 땅이 없다.
 

 2.1. 금성과의 비교

 1960년대에는 금성이 더 따뜻할 것이라 예상했지만, 실제 탐사 결과 금성 표면 온도는 450도에 달해 착륙선이 녹아버릴 정도로 뜨거웠다. 그 결과 화성은 인류의 거주 가능성이 가장 높은 행성으로 부상했다.

 2.2. 지구와의 유사점 및 차이점

• 대기: 존재하지만 지구 대기의 1/100 정도로 옅다. 이산화탄소가 주를 이루고 산소는 매우 적어 우주복 없이는 호흡이 불가능하다.
• 빙하: 남극과 북극에 드라이아이스 형태의 빙하가 존재하며, 계절에 따라 크기가 변한다.
• 물: 과거에 물이 흘렀던 흔적이 많다. 남극 지하 8km 지점에 액체 상태의 물이 있는 호수가 발견되었다.
• 지진: 지진계로 지진 활동이 측정되었다.
• 화산: 과거 화산 활동 흔적이 확인되었으며, 최근 활동도 관측되고 있다.
• 계절: 화성도 기울어져 자전하기 때문에 계절이 존재한다. 적도 지역은 영상 15도까지 올라가는 곳도 있다.
• 낮과 밤: 자전 주기가 지구(24시간)와 거의 비슷한 24시간 37분으로, 낮과 밤이 있다.
• 날씨: 진눈깨비, 바람, 모래 폭풍, 구름 등이 관측된다.
• 자기장: 존재하지 않는다. 과거에는 있었으나 천체 충돌로 인해 사라진 것으로 추정된다. 나침반이 작동하지 않고, 자기장에 의존하는 생명체는 살기 어렵다.
• 무지개: 대기가 옅고 물방울이 적어 무지개를 볼 수 없다.

3. 현재 활동 중인 화성 탐사선

 3.1. 탐사선들의 임무

 대부분의 탐사선들은 생명체 존재 여부와 인간 거주 환경 조성을 목적으로, 과거 호수가 있었던 지역에 집중적으로 착륙했다. 탐사선들은 태양광 패널을 통해 에너지를 얻으며, 수명이 다하면 활동을 멈춘다.

 3.2. 주요 활동 탐사선

큐리오시티 (Curiosity) (2011년 발사, 2012년 활동 시작): 생명체의 조건을 갖춘 환경 조사를 목표로 한다. "화성에서 물이 흘렀던 흔적(마른 강바닥, 자갈 등)"을 발견하는 큰 업적을 남겼다.
인사이트 (InSight) (2018년 발사): 움직이지 않고 고정되어 화성의 내부에서 일어나는 일(지진, 온도 등)을 측정하여 중요한 정보를 제공했다.
퍼서비어런스 (Perseverance) (2020년 발사, 2021년 착륙): "인내심"이라는 이름처럼 인간 이주 시 환경 조건 파악에 중점을 두고 있다.

 3.3. 주요 기능

• 굴착기: 흙을 파서 자체 실험실에서 화학적 분석을 통해 생명체 존재 여부를 확인한다.
• 산소 생성: 이산화탄소를 포집하여 산소로 분해하는 실험에 성공했다. 이는 미래 인류의 화성 거주에 큰 도움이 될 기술이다.
• 샘플 리턴 계획: 채취한 흙 샘플을 지구로 가져올 미래 미션을 위해 보관하고 있다.
• 인제뉴어티 (Ingenuity) (퍼서비어런스와 동반): "드론" 또는 "헬리콥터"로 불리며, 화성에서 최초로 비행에 성공했다. 지구 공기의 1/100밖에 되지 않는 옅은 화성 대기에서 비행하는 것은 엄청난 기술적 도전이다. 느린 탐사 로버의 보조 수단으로, 흥미로운 지역을 미리 탐색하는 역할을 한다.
• 주롱 (Zhurong) (중국 탐사선): 큐리오시티와 퍼서비어런스 기능을 종합한 탐사선으로, 중국의 종합적인 화성 탐사 능력과 과학 연구 의지를 상징적으로 보여준다.

4. 미래의 화성 탐사 및 정착 계획

• 테라포밍 (지구화): 화성을 지구와 비슷하게 만드는 아이디어로, "지금은 꿈"이지만 여러 가능성이 논의되고 있다.
• 단계: 대기 조성 → 물 생성 → 기온 상승 → 식물 재배
• 대기 조성: 이끼류와 같은 식물을 심어 이산화탄소를 흡수하고 산소를 생성하는 것을 목표로 한다. (수백 년 소요 예상)
• 물 생성: 남극과 북극의 빙하를 녹여(극지방에 핵폭탄 투하로 얼음을 녹임) 물을 흐르게 하고, 증발을 통해 구름을 형성하여 순환 시스템을 만드는 아이디어가 있다.
• 문제점: 엄청난 시간(수백 년에서 천만 년 이상)과 규모가 필요하며, 인간이 통제하기 어려울 수 있다.

4.1. 유인 화성 탐사

 NASA의 공식 계획은 2030년대 말~2040년경 과학자 6명을 화성에 보내 6~7개월 동안 이동 후 한 달간 활동하고 지구로 돌아오는 500일짜리 계획을 가지고 있다.

4.1.1. 생존 과제

• 생명 유지: 산소 공급, 식량(우주선 내 채소 재배 실험 중 – 상추, 무 성공), 배설물 처리 등이 중요하다.
• 식량(동물): 닭은 주기적으로 달걀을 얻을 수 있어 가장 매력적인 가축으로 과학자들이 생각하고 있다.
• 다기능 우주인: 6명의 과학자들은 컴퓨터 수리, 응급 처치, 기계 수리 등 최소 2~3가지 기능을 훈련 받아야 한다.
• 하이시스(HI-SEAS): 하와이 화산 동굴에서 화성에서의 생활을 대비할 목적으로 화성과 유사한 환경 및 조건으로 생활하는 것

4.2. 우주 도시 건설

 화성을 지구화하는 것보다, 인간이 우주선에서 생활하는 '우주 도시' 건설이 더 현실적인 대안으로 논의되고 있다. 이미 국제 우주 정거장(ISS)이 있으며, 우주 호텔 등의 구체적인 계획도 나오고 있다.

5. 결론 및 시사점

 화성 탐사는 현재 실현되고 있는 기술과 SF적 상상이 공존하는 분야이다. 칼 세이건의 말처럼 "과거의 선배들이 꾼 황당한 꿈이 현실이 되었듯이, 지금의 상상이 미래를 만든다"는 점에서 인류의 끊임없는 상상과 도전이 중요하다.

[참고영상]

"인류는 왜 화성을 꿈꾸는가?", KBS, 2021년 6월 20일

강사: 이명현

학력

• 네덜란드 흐로닝언대학교 천문학 박사
• 연세대학교 천문기상학과

경력

• 네덜란드 캅테인 천문학연구소 연구원
• 한국천문연구원 연구원
• 연세대학교 천문대 책임연구원
• 세티(SETI)연구소 한국 책임자
• 과학책방 '갈다' 대표