최근 화성의 개발과 우주인과 정착민을 위한 기지 배치에 대한 많은 계획이 있습니다. 그러나 사람들이 언젠가 그곳에 정말로 살고 싶다면 붉은 행성은 철저히 테라포밍되어야 합니다. 이를 위해 무엇이 필요합니까? 인류는 항상 먼 별까지 날아가는 꿈을 꾸어 왔으며 사람들은 우주 공간을 여행하고 다른 행성에서 살기를 원했습니다. 최근에는 그러한 비행과 다른 행성으로의 인간 이주 전망, 로켓이 건설되고 우주 탐험이 계획되고 있다는 것에 대한 많은 이야기와 글이 있었습니다. 오늘은 화성을 새로운 지구로 만들 수 있을지, 어떻게 화성을 테라포밍할 수 있을지, 그리고 그것이 원칙적으로 가능한지 고민해보려고 합니다.
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화성에 생명체가 있을까?
화성은 최근 과학 뉴스와 기사의 헤드라인을 장식한 행성입니다. 화성은 분명히 우리가 가장 주목하는 태양계의 행성입니다. 이것은 다른 행성에 비해 지구와 매우 가깝기 때문일 뿐만 아니라 지구가 우리 행성과 다소 비슷하기 때문이기도 합니다. 물론, 가능한 한 생명이 없는 천체, 대기의 산소, 그리고 행성의 전체 표면을 덮고 있는 맹렬한 모래 폭풍이 있는 천체에서.
지난 수십 년 동안 과학자들은 화성의 진화와 화성 표면의 조건에 대해 많은 것을 배웠고, 이로 인해 관점이 바뀌었습니다. 이러한 조건이 그다지 좋지는 않지만. 우리는 이제 화성이 현재 매우 춥고 건조하고 척박한 행성이지만 항상 그런 것은 아니라는 것을 알고 있습니다. 또한 과학자들은 현재의 형태에서도 화성과 지구에는 공통점이 많다는 사실을 알아냈습니다. 우선, 두 행성은 크기, 축 기울기, 구조, 구성 및 표면에 물의 존재 면에서 유사합니다. 이러한 이유와 지구와의 상대적인 근접성 때문에 화성은 미래에 인간이 정착할 주요 후보로 간주됩니다. 이 관점은 인간의 필요에 따라 행성의 조건을 변형(테라포밍)할 수 있다면 가능할 것입니다. 언급된 유사성에도 불구하고 화성이 인간의 삶에 더 적합한 행성으로 변형되는 것은 많은 어려움을 야기할 것입니다. 첫째, 96%의 이산화탄소, 1,93%의 아르곤, 1,89%의 질소, 그리고 미량의 산소와 수증기로 구성된 매우 얇고 숨쉴 수 없는 대기가 있습니다.
그러나 행성의 크기와 구성에 대한 백과사전적 사실을 인용하는 대신 화성의 과거를 살펴보는 것이 훨씬 더 흥미로웠습니다. 화성 탐사선과 탐사선이 수집한 데이터를 기반으로 하는 일부 과학자들은 한때 바다와 얕은 물 형태의 물이 대부분의 붉은 행성을 덮었다고 제안합니다. 그러나 그것은 아마도 약 4억 년 전일 것입니다. 그 이후로 많은 것이 바뀌었고 과학자들은 대기의 변화로 인해 행성에서 물이 사라졌다고 믿습니다. 옛날 옛적에 화성의 대기는 다른 구성을 가졌을 수 있으며 아마도 액체 상태의 바다를 지탱할 수 있을 정도로 밀도가 높았을 것입니다.
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화성의 대기는 왜 이렇게 변했을까?
화성 표면에서 관찰되는 거대한 모래 구조는 지구와 유사한 것이 없으며 붉은 행성에서만 볼 수 있습니다. 그들은 화성의 고대 대기에 대해 무엇을 말할 수 있습니까? 과학자들은 그들의 형성이 지구의 얇은 대기에서 맹렬한 바람과 허리케인의 표면에 미치는 영향으로 인해 발생했다고 가정합니다. 그것들은 3,7억 년 전에 형성되기 시작한 특징적인 모래 언덕과 암석을 만들고 우리가 오늘날 연구하고 있습니다.
따라서 표면의 구조를 연구하면 화성이 대기의 대부분을 잃은 시기를 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그런데 분위기는 어디로 갔을까? 이 질문은 주로 과학자들의 관심사입니다. 화성은 지구보다 작기 때문에 중력이 더 약하고 아마도 행성의 대기를 지탱하기에 충분하지 않았을 것입니다. 태양 복사(즉, 태양에서 우주 공간으로 돌진하는 입자)는 화성에서 대기의 대부분을 제거했을 것입니다. 사실 화성의 대기는 여전히 이 복사의 영향으로 계속 얇아지고 있습니다.
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그러나 거기에는 여전히 물이 있습니다. 때로는 액체도 있습니다!
화성에는 물이 있었고 물이 있습니다! "붉은 행성"이라고도 불리는 화성의 녹슨 색 암석은 물로 가득 찬 과거를 증언합니다. 화성은 물이 흐르는 환경에서 지구에 형성된 것과 유사한 깊은 계곡, 건조한 강바닥, 호수, 매끄러운 돌 - 자갈로 덮여 있습니다. 과학자들은 화성의 따뜻하고 습한 기간이 비교적 짧다고 오랫동안 믿어왔지만 연구에 따르면 화성의 물 덮개는 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 오래 존재했을 수 있습니다. 화성 궤도의 고해상도 이미징 과학 실험(HiRISE) 탐사선은 연구원들이 200개 이상의 고대 강바닥의 특징을 분석한 덕분에 행성 표면에 대한 데이터와 매우 정확한 이미지를 제공했습니다. 수로의 크기, 모양, 주변 지형의 상대적인 나이를 바탕으로 연구팀은 3,8억 년에서 2억 년 전 사이에 화성 표면 위로 물이 흘렀다고 결론지었습니다.
2012년부터 화성 표면에 있었던 탐사로봇 중 하나인 큐리오시티(Curiosity)는 화성에 물이 있었다는 증거를 이미 제공했습니다. 큐리오시티 로버의 데이터를 사용하여 팀 NASA Gale Crater에 퇴적암이 퇴적된 것은 물이라고 결론지었습니다. 이 퇴적암 층은 분화구 중앙에 위치한 샤프 산 대괴의 기초를 형성했습니다. 탐사선에서 얻은 데이터에 따르면 약 3,8억 년에서 3,3억 년 전에 이 위치에 수많은 개울과 호수가 있었고 그 퇴적물이 점차적으로 샤프 산의 하층을 형성했습니다. 즉, 적어도 약 500억 년의 기간 동안 산괴의 하부층을 채우는 작업이 발생했습니다.
이 연구는 과학자들에게 화성 표면에 물이 분명히 존재했다고 말할 수 있는 이유를 제공하고 과거와 현재 모두에서 화성의 진화 과정 개발에 대한 많은 새로운 지식을 추가합니다. 오늘날 화성의 물은 화성 토양의 얇은 층 아래 얼음 형태입니다. 때때로 온도가 허용되면(화성에서는 섭씨 +20도까지 상승) 얼음이 국부적으로 녹고 액체 상태의 물이 암석 경사면을 따라 흐릅니다.
그러나 과학자들은 화성에 물이 존재한다는 사실을 계속 확인하고 있다고 말합니다. 이 문제에 대한 단일 의견은 아직 없습니다. 주요 질문은 습하고 다소 따뜻한 행성에서 사막과 추위로 행성이 변형되는 이유가 무엇입니까?
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화성은 어떻게 테라포밍될 수 있습니까?
이에 대한 아이디어는 부족하지 않습니다. 인류가 거주할 수 있는 화성을 만드는 방법에 대한 몇 가지 제안이 있습니다. 1964년에 Dandridge M. Cole은 화성에 온실 효과의 생성을 주장했습니다. 그의 생각에 이것은 태양계 외부에서 암모니아로 구성된 얼음을 가져온 다음 표면에 던지면 수행 할 수 있다고 생각합니다. 암모니아(NH3)는 강력한 온실 가스이기 때문에 화성 대기로 유입되면 농도가 두꺼워지고 지구 온도가 상승합니다. 암모니아는 주로 질소로 구성되어 있기 때문에 소위 완충 가스로 대기를 채울 수 있으며, 이는 산소와 결합하여 사람의 호흡에 적합한 대기를 생성합니다.
제안된 또 다른 방법은 알베도(행성 표면에 의한 빛 반사 강도)를 줄이는 것입니다. 이를 위해 화성 표면은 햇빛 흡수를 증가시킬 어두운 물질로 덮여 있어야 합니다. 이것은 Phobos와 Deimos(화성의 두 개의 암석 위성과 태양계에서 가장 어두운 천체)의 먼지에서부터 극단적인 이끼류와 어두운 식물에 이르기까지 무엇이든 될 수 있습니다. 이 결정의 가장 열렬한 지지자 중 한 사람은 유명한 작가이자 과학자인 Carl Sagan이었습니다.
1976년 NASA는 공식적으로 행성 공학 문제를 제기했습니다. 과학자들은 광합성 유기체, 극지방 만년설의 융해, 대기로의 온실 가스 방출이 모두 더 따뜻하고 산소가 풍부한 대기를 만드는 데 사용될 수 있다는 것을 발견했습니다.
1993년, 화성 공동체의 창시자인 Dr. Robert Zubrin과 NASA의 Christopher P. McKay는 공동으로 "화성 테라포밍을 위한 기술 요구 사항"이라는 논문을 작성했습니다. 그것에서 그들은 행성의 표면을 직접 가열하기 위해 행성의 궤도에 놓인 거울을 사용할 것을 제안했습니다. 극 근처에 위치한 이 거울은 빙상을 녹이고 지구 온난화에 기여할 수 있습니다. 같은 논문에서 그들은 태양계에 수집된 소행성이 표면을 강타하여 먼지를 일으키고 대기를 가열하도록 방향을 바꿀 수 있다고 주장했습니다. 필요한 모든 물질을 궤도로 발사하기 위해 왜 핵-전기 또는 핵-열 로켓을 사용해야 합니까?
보다 최근의 제안은 산소를 생산하는 시아노박테리아와 조류의 군집이 살 밀봉된 온실의 생성을 제안합니다. 2014년 NASA Techshot Inc. 그러한 개념에 대한 작업이 이미 시작되었다고 보고했습니다.
미래에 NASA는 화성 환경에서 이 과정을 테스트하기 위해 로버에 극한성 광합성 조류와 남조류의 작은 용기를 보낼 계획입니다. 임무가 성공하면 NASA와 Techshot은 화성으로 가는 미래의 인간 비행을 위해 산소를 생산하고 수집하기 위해 여러 개의 대형 온실을 건설할 계획입니다. 이는 운송해야 하는 산소의 양을 줄여 비용을 줄이고 임무를 확장할 것입니다.
이러한 계획에는 환경 또는 행성 공학이 포함되지 않지만 Eugene Boland(Techshot Inc.의 수석 과학자)는 이것이 올바른 방향으로 나아가는 단계라고 믿습니다. 화성 표면에서 원자 폭탄을 터뜨리는 아이디어도 있었습니다(일론 머스크는 한때 이 개념의 지지자였습니다). 그러면 엄청난 양의 먼지가 생성되어 태양 광선을 차단하여 행성을 가열할 수 있습니다.
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지구 온난화: 화성을 가열할 수 있습니까?
다행스럽게도, 불행하게도 관점에 따라 우리 인간은 지구를 온난화시키는 데 많은 경험을 가지고 있습니다. 년이 넘는 기간 동안 이산화탄소를 배출하면서 우리는 단순한 온실 메커니즘을 통해 실수로 지구의 표면 온도를 높였습니다. 우리는 이산화탄소를 방출합니다. 이산화탄소는 햇빛을 잘 통과시키고 열 복사가 빠져나가는 것을 막아서 지구에서 보이지 않는 거대한 담요와 같은 역할을 합니다. 증가된 열은 해수를 대기로 증발시키는 데 기여하고, 이에 따라 또 다른 피복층을 수용하여 온도를 높이고, 이는 차례로 더 많은 물을 증발시키고 행성 대기를 더 많이 가열합니다.
지구에서 작동한다면 화성에서도 작동할 것입니다. 화성의 대기는 우주 공간으로 거의 완전히 사라졌지만, 화성에는 극지방과 행성 표면 바로 아래에 엄청난 양의 얼음과 얼어붙은 이산화탄소가 매장되어 있습니다.
인간이 어떻게든 극지방을 따뜻하게 할 수 있다면 그것은 온실 온난화를 일으킬 만큼 충분한 이산화탄소를 대기로 방출할 수 있습니다. 그러면 우리가 해야 할 일은 물리학이 제 역할을 하고 화성을 훨씬 덜 공격적인 곳으로 만들 때까지 수세기 동안 가서 지켜보고 기다리는 것뿐입니다.
불행히도, 이 간단한 아이디어는 아마 작동하지 않을 것입니다. 첫 번째 문제는 난방 기술의 발전입니다. 거대한 기둥에서 더 많은 빛과 열을 집중시키는 거대한 우주 거울의 생성에 이르기까지 이를 수행하는 데 필요한 설계는 현재 인류의 능력을 훨씬 능가하는 기술과 우주 제조의 급격한 도약을 필요로 합니다. 예를 들어 우주 거울의 경우 우주 어딘가에서 약 200톤의 알루미늄을 추출해야 하지만 오늘날 우리는 우주에서 000톤의 알루미늄을 추출할 수 있습니다.
점차적으로 화성에는 온난화 경향을 일으키기에 충분한 CO2가 없다는 고통스러운 깨달음이 옵니다. 현재 화성의 대기압은 지구 대기압의 2%를 초과하지 않습니다. 화성의 모든 CO2와 H2O 분자를 대기로 증발시킬 수 있다면 화성의 압력은... 지구 대기압의 %가 될 것입니다.
땀이 피부에서 끓는 것을 막으려면 대기압의 두 배, 우주복이 필요하지 않게 하려면 열 배의 압력이 필요합니다. 그리고 우리는 산소 부족에 대해 이야기하지 않습니다.
쉽게 구할 수 있는 온실 가스의 부족 문제를 해결하기 위해 몇 가지 급진적인 제안이 있습니다. 아마도 이를 위해 정말 공격적인 온실 가스인 염화불화탄소를 방출하는 식물을 사용할 수 있습니다. 또는 우리는 외부 태양계에서 암모니아가 풍부한 혜성을 끌어들일 수 있습니다. 암모니아는 훌륭한 온실 가스이며 결국 우리 대기의 대부분을 구성하는 무해한 질소로 분해됩니다.
이러한 제안과 관련된 기술적 문제를 극복할 수 있다고 가정하면 자기장이 없다는 거대한 장애물이 남아 있습니다. 자기장으로 화성을 보호하지 않으면 대기로 들어오는 모든 분자가 태양풍에 날려 날아갈 것입니다.
쉽지 않을 것입니다. 많은 창의적인 솔루션이 있습니다. 우리는 우주에 거대한 전자석을 만들어 태양풍을 편향시킬 수 있을지도 모릅니다. 또는 화성에 초전도체를 둘러싸고 인공 자기권을 만드는 것이 가능할 것입니다. 물론 우리는 이러한 솔루션 중 하나 이상을 구현하는 것과는 거리가 멉니다. 그렇다면 우리는 미래에 화성을 테라포밍하고 더 쾌적하게 만들 수 있을까요? 물론, 과학적 관점에서 그것은 가능합니다. 우리는 그것을 막는 물리학의 기본 법칙이 없습니다...
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왜이 모든 과학자?
화성을 테라포밍하는 시나리오는 훨씬 더 많지만 가장 큰 문제는 왜 우리가 정말로 화성에 대해 생각하고 있는가 하는 것입니다. 모험의 전망과 인류가 대담한 우주 탐험의 시대를 되살리고 있다는 생각 외에도 화성이 테라포밍으로 제안되는 데에는 몇 가지 이유가 있습니다. 첫째, 인류가 지구에 미치는 영향이 비참한 결과를 초래할 것이라는 두려움과 우리가 장기적으로 생존하려면 "백업 사이트"를 만들어야 한다는 두려움이 있습니다. 과학과 기술의 발전이 모든 사람에게 가져올 수 있는 직접적인 이점은 말할 것도 없습니다. 또 다른 이유는 우리의 자원 기반을 확장하고 자원 고갈을 두려워할 필요가 없는 문명이 될 가능성입니다. 화성의 식민지는 광물과 얼음이 풍부하고 사용할 수 있는 붉은 행성에서 채굴을 허용합니다. 화성에 있는 기지는 또한 소행성대 사용을 위한 출발점 역할을 할 수 있으며, 이를 통해 거의 영원히 풍부한 광물을 보유할 수 있는 적절한 양의 광물에 접근할 수 있습니다.
인간의 의지와 진정한 천문학적 비용이라는 명백한 문제는 제쳐두고, 그러한 시도는 인류가 존재하는 한 계속될 것이라는 점을 이해해야 합니다. NASA는 앞서 언급한 1976년 논문에서 다음과 같이 보고했습니다. “지구 생태계를 지원하는 화성의 능력에 대한 근본적이고 극복할 수 없는 한계는 확인되지 않았습니다. 산소가 포함된 대기가 없으면 인간이 사전 조치 없이 화성에서 살 수 없습니다. 표면의 기존 강한 자외선은 추가적인 심각한 장애물입니다. 화성에 적절한 산소 함유 대기를 만드는 것은 광합성 유기체의 도움으로 달성할 수 있습니다. 그러나 그러한 분위기를 만드는 데 필요한 시간은 심지어...수백만 년이 될 수도 있습니다."
동시에 과학자들은 혹독한 화성 환경에 특별히 적응한 극한성 유기체를 만들어 온실 효과를 일으키고 극지방의 만년설을 녹임으로써 이 기간을 크게 단축할 수 있다는 데 동의합니다. 그러나 화성이 변하는 데 필요한 시간은 아마도 여전히 수백 년 또는 수천 년이 될 것입니다. 그러나 기회가 생긴다면 지금 이 과정을 시작하는 데 방해가 되는 것은 없습니다. 준비 및 예비 작업의 결과로 나타날 과학적 및 기술적 이점은 엄청날 수 있습니다.
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