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- 화성에 매년 최대 360개가 화성 표면에 충돌.지구에는 매년 약 1만7000개의 운석이 떨어져
- 화성의 대기는 지구 보다 100배 더 얇다.
- 인사이트 우주 탐사선의 측정 장치로 기록된 화성 지진 데이터를 처음으로 평가
- 화성에 직경 30m에 달하는 분화구도 한 달에 한 번 정도 생긴다.

화성에는 매일 운석이 떨어진다
화성 지진으로 처음으로 운석 충돌 횟수 밝혀져

운석이 예상보다 더 자주 화성에 충돌한다. 연구자들이 관련된 지진을 토대로 밝혀낸 바에 따르면, 이 천체 중 매년 최대 360개가 화성 표면에 충돌한다. 농구공 크기의 운석은 최소 8m 너비의 분화구를 남겼다. 이제 이 데이터는 향후 화성 임무를 더욱 안전하게 수행하고 화성과 다른 행성의 지질 연대를 보다 정확하게 결정하는 데 사용될 수 있다. 

▲ NASA InSight 탐사선의 지진계를 통해서만 발견된 3개의 운석 충돌 이미지. 나중에 화성 궤도를 도는 NASA의 정찰 궤도선에 있는 HiRISE 카메라가 이러한 이미지를 촬영했다. © NASA/JPL-Caltech/애리조나 대학교

지구에는 매년 약 1만7000개의 운석이 떨어진다. 하지만 밤하늘에 꼬리가 보이지 않는 한 거의 눈에 띄지 않는다. 이는 대부분의 유성체가 지구 대기권에 진입하면 분해되기 때문이다. 그러나 화성의 대기는 100배 더 얇다. 결과적으로 더 큰 운석은 지구보다 붉은 행성에 더 자주 충돌했다. 정확히 얼마나 많은 영향이 있었는지는 아직 불분명하다.

충돌로 생긴 분화구를 통해 운석의 비율을 잘 추정할 수 있는 달과 달리 화성의 분화구는 정기적인 모래폭풍에 의해 묻혀 있거나 산속에 숨겨져 있다. 따라서 우주 이미지에서 화성의 분화구는 평평한 지역에서만 볼 수 있다.

지진 데이터를 통해 영향을 알 수 있음

프로비던스 브라운 대학의 Ingrid Daubar가 이끄는 팀은 이제 화성에 충돌한 운석의 수를 더 자세히 확인했다. 이를 위해 행성 연구자들은 2019년부터 2022년 사이에 화성 표면에서 NASA의 인사이트(InSight) 우주 탐사선의 측정 장치로 기록된 화성 지진의 지진 데이터를 처음으로 평가했다. 그들은 운석과 충돌할 때 행성의 지각과 맨틀을 통해 전파되는 지진파를 기록했다.

Daubar와 그녀의 동료들은 또한 이 데이터를 NASA의 정찰 궤도선이 우주에서 촬영한 화성 표면 이미지와 비교했다. 이 사진은 충격으로 인해 발생한 분화구를 보여준다.

▲ 이 분화구는 2021년 9월 5일 운석 충돌로 형성되었다. 이는 NASA의 InSight 임무에서 기록된 최초의 운석 충돌이다. 색상이 강화된 이미지는 NASA의 화성 정찰 궤도선의 HiRISE 카메라로 캡처되었다. 분화구의 먼지와 흙을 파란색으로 표시하여 세부 사항을 더 잘 보이게 한다. © NASA/JPL-Caltech/애리조나 대학교

화성의 새로운 분화구는 거의 매일 생성돼

분석 결과, 분화구 이미지를 통해 확인된 6개의 화성 지진은 훨씬 더 큰 고주파 지진 그룹의 일부인 것으로 나타났다. 이러한 떨림은 대부분 운석이 빠른 속도로 행성에 부딪히면서 발생한다고 팀은 설명했다. 전체적으로 Daubar와 그녀의 동료들은 지진 데이터를 사용해 연구 기간 운석 충돌로 인해 촉발됐을 가능성이 있는 80개의 추가 지진을 식별했다.

지진 데이터와 이미지를 비교하면 농구공 크기의 운석으로 인해 거의 매일 화성 표면에 직경 8m의 새로운 분화구가 형성되는 것을 알 수 있다. 직경 30m에 달하는 분화구도 한 달에 한 번 정도 생긴다. 공동저자인 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)의 Natalia Wójcicka는 "우리는 고주파 화성 지진의 강도와 거리를 기반으로 분화구의 직경을 추정했다"고 설명했다.

연간 최대 360개의 운석

“그런 다음 우리는 이 추정치를 사용해 1년 동안 InSight 탐사선 주변에 얼마나 많은 크레이터가 형성되었는지 계산했다. 우리는 화성 전체 표면에 대한 연간 영향의 수를 추정하기 위해 이 데이터를 추정했다”고 Wójcicka는 설명했다.

이러한 계산에 따르면 매년 280~360개의 운석이 지구에 충돌해 직경이 최소 8미터에 달하는 분화구가 남는 것으로 나타났다. 팀이 보고한 것처럼 이는 이전에 가정했던 것보다 훨씬 더 많은 것이다. "결정된 비율은 이미징 기술만을 사용하여 추정된 영향 수보다 약 5배 더 높다"고 공동 저자인 ETH Zurich의 Géraldine Zenhäuser거 말했다.

▲ InSight 위치(노란색 삼각형), 저주파 지진 위치(흰색 점), InSight 임무 시작 이후 지진 사건과 관련된 크고 작은 영향(각각 분홍색 별과 다이아몬드)이 표시됐다. 흰색 타원은 많은 저주파 지진이 발생하는 Cerberus Fossae 지역을 표시. 빨간색 원은 HF 이벤트 위치 지역17을 표시. 빗금친 영역은 VF 이벤트 발생 지역(InSight에서 45°,   2600km)을 나타낸다. 회색 별은 지진 사건과 관련이 없는 충돌 분화구를 표시한다. 배경은 Mars Global Surveyor Thermal Emission Spectrometer6의 열 관성 데이터를 보여준다. 확대된 삽화는 InSight에 가까운 충격 위치를 더 자세히 보여준다. (출처:Published: 28 June 2024 / An estimate of the impact rate on Mars from statistics of very-high-frequency marsquakes / nature astronomy)

화성 임무를 위한 안전성 향상

"우리의 결과는 우주 이미지 분석과 결합된 지진학이 충격률을 측정하는 데 탁월한 도구라는 것을 보여준다"고 첸호이저(Zenhäuser)는 결론지었다. 이는 화성에 운석이 충돌하는 대략적인 빈도가 이제 처음으로 알려졌음을 의미한다.

무엇보다도 향후 화성 임무를 수행할 때 충돌의 정확한 횟수와 범위를 아는 것이 중요하다. 그래야 우주 탐사선과 우주 비행사를 충돌 및 관련 진동으로부터 보호할 수 있다. 공동저자인 ETH Zurich의 Domenico Giardini는 "이러한 데이터는 향후 화성 탐사 계획에 통합될 것이다"고 말했다.

행성의 나이 측정

또한 화성 표면의 나이는 이제 결정된 분화구의 수를 기반으로 더 정확하게 결정될 수도 있다. 이는 오래된 지역이 지질학적으로 젊은 지역보다 더 많은 영향을 미치기 때문이다. Wójcicka는 “지진 데이터를 사용하여 운석이 화성에 얼마나 자주 충돌하는지, 이러한 충격이 화성의 표면을 어떻게 변화시키는지 더 잘 이해함으로써 화성의 지질학적 역사와 진화에 대한 연대표를 종합할 수 있다”고 설명한다. "화성 표면과 나중에 태양계에 있는 다른 행성의 표면 연대를 측정하는 데 도움이 되는 일종의 '우주 시계'라고 생각할 수 있다.“

후속 연구에서 인공 지능은 이제 위성 이미지의 추가 분화구와 데이터의 지진 사건을 식별하는 데 도움이 될 것이다. 또한, 화성 지진으로부터 더 많은 데이터를 수집하기 위해 추가 우주 탐사선이 화성에 지진계를 배치할 예정이다.
(Nature Astronomy, 2024; doi: 10.1038/s41550-024-02301-z / Science Advances, 2024; doi: 10.1126/sciadv.adk7615)
출처: 취리히 연방공과대학(ETH Zurich), Imperial College London, Brown University

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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