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화성의 물리적 성질

화성의 물리적 성질
대기
화성의 대기
화성의 대기는 아주 희박하다. 지표부근의 대기압은 약 0.006기압으로 지구의 약 0.75%에 불과하다. 이렇게 희박한 대기는 중력이 작기 때문이다.

화성대기의 구성은 이산화탄소가 약 95%, 질소가 약 3%, 아르곤이 약 1.6%이고, 다른 미량의 산소와 수증기 등을 포함한다. 이는 금성과 매우 비슷한 대기의 구성이다. 하지만 금성에 비해 대기가 매우 희박하여 금성과 같이 높은 온도를 가질 수 없다.

2003년 지구에서 망원경에 의한 관측으로 화성 대기에 메탄이 있다는 가능성을 제시하였고, 2004년에 마스 익스프레스 탐사선(Mars Express)의 조사가 이루어졌다. 이 조사에 의해 사실상 메탄의 존재가 확인되었다. 화성에 메탄이 존재한다는 것은 매우 흥미로운 일이다. 왜냐하면 화성의 환경에서 금방 소멸해버리는 메탄이 발견된다는 것은 어디선가 끊임없이(또는 적어도 최근 100년 이내) 보충 받고 있음을 알려주는 것이기 때문이다. 가스의 생성원인으로는 화산활동이나 혜성의 충돌, 혹은 미생물의 모양으로 생명이 존재한다는 등의 가능성을 생각해 볼 수 있으나 아직까진 모두 확인되지 않았다.

화성대기에는 크게 변동하기도 한다. 겨울 몇 개월간 극지방에서 밤이 계속되면 지표는 매우 저온이 되고 대기 전체의 약 25%나 얼어버려서 대기압이 낮아진다. 이후 극에 다시 햇빛이 비추는 계절이 되면 얼었던 이산화탄소가 승화(고체에서 기체로 변함)하여 극지방에 강한 바람이 발생한다. 생성된 강한 바람은 화성의 먼지 등을 이동시키며 이 현상을 먼지폭풍이라 한다. 이는 지구에서 바라보는 화성의 모습이 변하는 원인이 된다.
온도
화성의 표면온도는 약 -140°C~20°C 정도로 평균온도는 약 -80°C이다. 이렇게 낮은 온도는 화성의 대기가 희박하기 때문에 열을 유지할 수 없기 때문이라 알려져 있다. 화성의 극지방에 존재하는 빙관 또한 낮은 온도로 인해 존재가 가능하다.
지형
화성의 지형
화성의 지형은 크게 두개의 특징으로 나눈다. 북반구는 용암류에 의해 평평하게 만들어진 평원(북부평원의 생성 원인으로 대량의 물에 의한 침식설도 있다)이 펼쳐져 있으며 남반구는 운석충돌에 의한 움푹 패인 땅이나 크레이터가 존재하는 고지가 많다. 지구에서 본 화성표면도 그 때문에 두 종류의 지역으로 나뉘어 양쪽의 밝기가 다르다. 밝게 보이는 평원은 붉은 산화철을 많이 포함한 티끌과 모래로 덮여 있으며 아라비아 대륙이나 아마조니스 평원 등으로 불리게 되었고, 어두운 곳은 바다로 생각하고 에리트레아 해(Mare Erythraeum라틴어로 홍해를 뜻함), 세이렌의 바다(Mare Sirenum), 오로라 만(Aurorae Sinus) 등으로 불린다.

그리고 화성의 표면은 주로 현무암과 안산암의 암석으로 되어있다. 이 두 가지는 지구상에서 마그마가 지표 근처에서 굳어 생기는 암석이며, 포함된 이산화규소의 양으로 구별된다. 화성의 대부분의 지역은 미세한 티끌로 두께 수m 혹은 그 이상 덮여있다. 이 먼지들은 대부분 산화철로 되어있어서 화성은 전체적으로 붉게 보인다.

봄의 폭풍
화성의 극지방에는 물과 이산화탄소의 얼음으로 된 극관이 있으며 화성의 계절에 의해 변화한다. 이산화탄소 얼음은 여름에는 승화하여 암석으로 된 표면이 나타나고 겨울에는 다시 얼음이 된다. 그리고 물의 얼음은 여름에도 계속해서 극관에 얼어 있다.

화성의 올림푸스 산(Olympus Mons)은 높이가 약 25km이며, 태양계 최고높이의 산이다. 이 산은 타르시스 고지라고 불리는 넓은 고지에 있다. 화성에는 태양계 최대의 협곡인 마리네리스(Valles Marineris)협곡도 존재한다. 이 협곡은 길이가 약 3,000km, 깊이는 약 8km, 그리고 부분적인 폭이 500km에 달한다. 화성에는 많은 크레이터도 존재하는데 그중 최고는 헬라스 분지(Hellas impact basin)로 밝은 적색의 모래로 덮여있다.
내부구조
화성의 반지름은 지구의 절반가량인 약 3,400km이며, 질량은 지구의 1/10인 약 6.4x1023kg이다. 밀도는 3,930kg/m³이며, 지구에 비하여 작은 편이다. 이처럼 밀도가 작은 것은 화성의 내부구조가 지구와 다르다는 것을 의미한다. 특히 내부의 무거운 핵이 상대적으로 작을 것이며, 지구의 핵보다 가벼운 원소로 이루어졌을 것이다.
자전
화성의 자전주기는 약 24시간 37분으로 지구와 거의 비슷하다. 자전축 또한 약 25° 기울어진 것이 지구와 비슷하다. 따라서 지구와 같이 계절의 변화가 생길 것이다. 하지만 화성의 운동이 장기간 동안 안정한지를 조사하기 위하여 수행된 시뮬레이션의 결과로 자전축이 크게 변하는 현상을 겪고 있다는 것을 알았다. 화성의 자전축은 수백 만 년에 걸쳐 불규칙하게 변동하고 있고, 이 변동은 태양과 다른 행성들과의 중력 상호작용에 의한 것으로 추정된다.

흥미 있는 것은 이러한 변동 현상의 시뮬레이션이 일반상대성 이론의 효과를 무시한다면 일어나지 않았을 것이라는 사실이다. 이것은 태양의 중력으로 인해 생기는 시공간의 휨이 화성궤도에서도 영향을 주고 있는 것으로 보인다. 이것으로 지구의 기울기는 우연적으로 생기지 않았음을 의미하고, 지구의 안정된 자전축은 거대한 위성인 달과의 상호작용으로 형성되었음을 알려준다.
궤도
태양과 화성 사이의 거리는 평균 1.52AU정도로 화성의 공전 주기는 약 687일이다. 화성의 공전궤도는 약간 찌그러진 타원의 형태를 하고 있다. 이에 따라 지구와 가장 가까울 때는 0.37AU(약 5천5백만km)정도이다.
자기권
화성의 자기장 세기는 지구의 대략 1/800이라 알려져 있으며, 이는 매우 작은 값이다. 화성의 자전속도는 지구와 비슷하며, 과거 화산활동을 근거로 액체의 내부가 있을 것이라 여겨진다. 따라서 화성은 어느 정도 강한 자기장을 가지고 있어야 한다. 하지만 측정결과 자기장이 매우 약하다는 점에서 보편적인 자기장 설명인 다이나모이론으로 설명이 힘들다.
화성의 자기권
화성의 위성
화성에는 두 개의 위성, 포보스(Phobos)와 데이모스(Deimos)가 있다. 이 두 위성은 1877년 미국의 천문학자 홀(Asaph hall)에 의해서 발견되었다. 이 두 위성은 화성의 적도면 근처를 거의 원 궤도를 그리며 돌고 있다. 포보스는 타원체로 직경이 약 27km이며, 화성으로부터 약 9,380km의 거리에서 7시간 30분정도의 공전 주기로 돌고 있다. 포보스는 화성의 자전속도 보다 빠르게 공전하기 때문에 화성지표면에서 보면 서쪽에서 떠서 동쪽으로 질 것이다.

데이모스는 타원체로 직경이 약 16km이며, 화성으로부터 약 23,500km 떨어져서 30시간 30분정도의 공전 주기를 가지고 있다. 그리고 화성의 두 위성도 지구의 달과 같이 자전주기와 공전주기가 같아서 화성에 항성 같은 면만 향한다.
포보스
포브스
데이모스
데이모스
최종수정일

2017년 4월 3일