화성 코어 통과 지진파 최초 관측

과학자들은 처음으로 화성 코어를 통과하는 지진파를 감지했다.

연구자들은 NASA InSight 화성 착륙선이 획득한 지진 데이터로 행성 코어의 특성을 측정해 황과 산소 비율이 높은 완전한 액체 철 합금 코어를 찾았다.

미국 메릴랜드 대학(University of Maryland, UMD) 지진학자를 포함하는 국제 연구팀의 이번 발견은 화성의 형성과 미래 거주 가능성을 확인할 수 있는 지구와 화성 사이의 지질학적 차이에 대한 새로운 통찰력을 제시한다.

논문은 2023년 4월 24일 미국 국립 과학 아카데미 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표됐다.

이 논문의 제2 저자 UMD 지질학 부교수 Vedran Lekic은 “1906년에 과학자들은 지진으로 인한 지진파가 지구를 통과하여 어떻게 영향을 받는지 관찰함으로써 지구의 핵을 처음 발견했다.100여 년 후, 우리는 지진파에 대한 지식을 화성에 적용했다. InSight를 통해 우리는 마침내 화성의 중심에 있는 것이 무엇인지, 화성이 지구와 비슷하면서도 구별되는 이유를 발견하고 있다”고 말했다.

이러한 차이점을 확인하기 위해 팀은 화성에서 두 개의 먼 지진 사건의 진행 상황을 추적했다. 하나는 대형 지진에 의해 발생하고 다른 하나는 큰 충돌에 의해 발생하며 행성의 핵심을 통과하는 파동을 감지했다. 그 파동이 화성을 통과하는 데 걸린 시간을 맨틀에 머물렀던 파동과 비교하고 이 정보를 다른 지진 및 지구물리학적 측정과 결합하여 팀은 파동이 통과한 물질의 밀도와 압축률을 추정했다. 연구결과는 지구의 액체 외핵과 고체 내핵의 조합과 달리 화성은 완전한 액체 핵을 가지고 있을 가능성이 높다는 것을 보여주었다.

InSight 임무의 지진계는 몇 년 동안 화성의 먼지로 뒤덮였지만 행성 반대편에서 발생한 지진 사건을 기록할 수 있었다. NASA의 InSight Mars 착륙선은 착륙선에 장착된 ICC(Instrument Context Camera)를 사용해 이미지를 획득했다. credit: NASA/JPL-Caltech.

또한 팀은 화성의 가장 안쪽 층에 존재하는 놀랍도록 많은 양의 가벼운 원소(원자 번호가 낮은 원소), 즉 황과 산소와 같은 코어의 화학적 구성에 대한 세부 사항을 추론했다. 팀의 발견은 코어 무게의 1/5이 이러한 요소로 구성되어 있음을 시사했다. 지구 핵의 가벼운 원소의 상대적으로 적은 중량 비율과 크게 다른 차이점은 두 행성의 형성 조건이 다르다는 것을 보여준다.

이 논문의 또 다른 공동 저자인 UMD 지질학 부교수 Nicholas Schmerr는 “지구 핵의 고유성으로 인해 태양풍으로부터 우리를 보호하는 자기장을 생성하여 물을 유지할 수 있다. 화성의 핵은 이 보호막을 생성하지 않으므로 행성의 표면 조건은 생명체에게 적대적”이라고 설명했다.

현재 화성에는 자기장이 없지만 과학자들은 화성 지각에 남아있는 자기의 흔적으로 인해 한때 지구의 핵에서 생성된 자기장과 유사한 자기 차폐가 있었다고 가정한다. Lekic과 Schmerr는 이것이 화성이 잠재적으로 거주할 수 있는 환경을 가진 행성에서 믿을 수 없을 정도로 적대적인 행성으로 변화하면서 점진적으로 현재 조건으로 진화했음을 의미할 수 있다고 지적했다.

Lekic은 “화성의 핵에는 적은 수소 흔적이 있다. 즉, 수소가 거기에 있을 수 있는 특정 조건이 있어야 하며 화성이 행성으로 진화한 방법을 이해하려면 이러한 조건을 이해해야 한다”고 말했다.

팀의 발견은 궁극적으로 행성 표면 아래 숨겨진 층을 밝히는 것을 목표로 하는 현재 모델링 추정치의 정확성을 확인했다.

영국 브리스톨 대학(Bristol University) 선임 강사이자 연구의 제1 저자인 Irving Jessica는 “이것은 광물 물리학자들의 새로운 결과와 행성 내부가 시간이 지남에 따라 어떻게 변하는지를 시뮬레이션하는 팀원들의 통찰력과 함께 지구에서 연마된 최첨단 지진학 기술을 포함하는 엄청난 노력이었다. 그 작업은 성과를 거두었고 이제 우리는 화성 코어 내부에서 무슨 일이 일어나고 있는지 훨씬 더 많이 알게 됐다”고 말했다.

Lekic은 “InSight 임무가 4년간의 지진 모니터링 끝에 2022년 12월에 종료되었지만 수집된 데이터를 여전히 분석하고 있다”며 “InSight는 앞으로 몇 년 동안 화성과 다른 행성의 형성과 진화를 이해하는 방법에 계속 영향을 미칠 것”이라고 말했다.