화성의 핵은 유동적이고 가볍다.
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2023-04-25 15:31:03
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- 화성 중심부의 철에는 약 20~22중량%의 황, 산소, 탄소, 수소가 첨가
- 화성은 내부 코어가 단단하지 않고 중앙이 완전히 액체
화성과 지구는 서로 다른 형제다. 비슷한 출발 물질과 원시 구름의 같은 영역에서 형성되었지만 결정적인 차이를 보인다. 예를 들어, 지구에는 자기장, 판 구조론, 활화산 활동이 있지만 화성은 그렇지 않다. 이것이 왜 그런지는 아직 불분명하다. 그러나 2018년 화성에 착륙한 NASA의 마스 인사이트 우주 탐사선의 측정 데이터는 가능한 답을 제공했다. 지진계는 약 4년 동안 작동하면서 1,300회 이상의 지진을 기록했다.
그러한 지진파의 통과 시간과 모양으로부터 행성 연구자들은 화성 내부의 특성, 밀도 및 온도에 대한 결론을 도출할 수 있다. InSight 데이터는 이미 화성의 해부학과 맨틀 구조에 대한 정보를 제공했다.
강한 지진과 충격
이제 처음으로 화성 핵의 구성과 크기에 대한 보다 자세한 정보가 공개되었다. 이것은 화성 반대편에서 화성 탐사선의 지진계에 도달한 두 개의 지진파 신호에 의해 가능해졌다. 브리스톨 대학의 주 저자 제시카 어빙(Jessica Irving)은 "그런 파사이드 이벤트는 도중에 많은 에너지를 잃기 때문에 감지하기 어렵다"고 설명했다. "이러한 이벤트를 캡처하는 데 많은 운과 경험이 필요했다.“
탐사선은 미션 976일과 1000일째에야 결정적인 측정 데이터를 감지했다. 첫 번째 지진 신호는 전체 측정 기간 동안 기록된 가장 강력한 화성 지진에서 나왔다. 두 번째 지진 급증은 화성 저편에서 발생한 유성 충돌로 인해 발생했다. Irving은 "이 두 번째 신호는 우리가 지진파의 출처를 정확히 알고 있었기 때문에 특히 도움이 되었다"며 "우리는 그것을 다른 행성의 핵을 통과하는 지진파를 포착하기 위해 처음으로 사용했다"고 설명했다.
예상보다 작고 완전히 액체
연구팀은 다양한 분석 방법을 통해 수많은 배경 소음과 복잡한 지진파에서 약한 핵심파를 추출하고 평가할 수 있었다. "Mars InSight 덕분에 우리는 마침내 화성의 중심이 어떤지, 지구와 비슷하면서도 다른 이유를 이해할 수 있게 되었다" 메릴랜드 대학의 공저자 Vedran Lekic은 말했다.
분석 결과 붉은 행성의 핵은 반지름이 1,780~1,810km로 지구 핵의 절반도 되지 않으며 2021년 추정치보다 약 20km 작다. 데이터는 또한 지구와 달리 화성이 단단한 내부 코어를 가지고 있지 않다는 것을 암시한다. Irving과 그녀의 동료들은 화성의 중심이 완전히 액체일 가능성이 높다고 보고했다. 이것은 화성이 영구적인 지구 자기장을 개발하지 않은 이유를 설명할 수 있다.
화성 핵의 밀도에 대한 새로운 값도 있다. 세제곱 센티미터당 6.16~6.35g으로 팀이 보고한 대로 이전에 결정된 세제곱 센티미터당 6.0g보다 약간 높다.
약 20% 가벼운 요소
그러나 더 중요한 것은 지진 측정 데이터가 화성 코어의 화학적 조성에 대한 첫 번째 지표를 제공했다는 것이다. 지금까지 행성 연구자들은 핵이 소량의 유황과 혼합된 액체 철로 구성되어 있다고 가정했다. 그러나 새로운 데이터에 따르면 화성 코어에는 다른 가벼운 요소도 있어야 하며 이러한 혼합물의 전체 비율은 상대적으로 높다.
이에 대한 주요 징후는 코어 파동의 전파 시간에 의해 제공되었다. 초당 4.89 ~ 4.94km로 순수한 철 코어의 경우보다 화성 코어를 통해 더 느리게 실행됐다. Irving과 그녀의 동료들은 "데이터는 화성의 핵이 약 20.3~21.4중량%의 가벼운 원소를 함유하고 있음을 보여준다"고 보고했다. 이것은 현재 추정치에 따르면 그러한 혼합물의 약 12%를 포함하는 지구의 액체 외핵보다 거의 두 배다.
황, 산소, 탄소 및 수소
또한 화성 중심부에 어떤 빛의 요소가 숨어 있는지에 대한 최초의 징후도 있다. 이에 따르면 황은 약 16.5중량%로 코어 철 혼화제의 가장 큰 부분을 차지할 수 있다. 또한 약 3%의 산소, 약 1.3%의 탄소 및 0.5~0.6%의 수소가 있다. 그러나 지구의 핵과는 달리 화성의 핵에는 실리콘이 거의 포함되어 있지 않은 것으로 보인다. 그러면 핵심파가 훨씬 더 빨라졌어야 했기 때문이다.
"이 새로운 결과는 화성의 형성과 진화가 지구와 어떻게 다른지 이해하는 데 중요하다"고 Irving은 말했다. 정확한 화학적 조성은 두 행성 사이의 차이가 약간 다른 행성 구성 요소의 결과인지 또는 층 형성 및 추가 개발 과정에서만 형성되었는지 여부를 밝힐 수 있기 때문이다. (National Academy of Sciences 회보, 2023; doi:10.1073/pnas.2217090120)
출처: 브리스톨 대학교, 메릴랜드 대학교
- 화성 중심부의 철에는 약 20~22중량%의 황, 산소, 탄소, 수소가 첨가
- 화성은 내부 코어가 단단하지 않고 중앙이 완전히 액체
화성의 핵은 유동적이고 가볍다.
지진 데이터는 화성 중심부에서 높은 비율의 가벼운 원소를 보여준다.
NASA의 Mars InSight 탐사선 데이터에서 알 수 있듯이, 화성의 핵은 생각보다 작으며 예상외로 높은 비율의 가벼운 요소가 포함되어 있다. 이에 따르면 화성 중심부의 철에는 약 20~22중량%의 황, 산소, 탄소, 수소가 첨가된다. 따라서 그러한 가벼운 요소의 비율은 지구의 핵보다 두 배 높다. 또한 화성은 내부 코어가 단단하지 않고 중앙이 완전히 액체다. 그것은 두 행성 사이의 약간의 차이점을 설명할 수 있다.
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| ▲ NASA의 InSight 탐사선이 포착한 지진파는 화성의 핵심에 대한 새로운 사실을 밝혀냈다. © NASA/JPL; Nicholas Schmerr |
화성과 지구는 서로 다른 형제다. 비슷한 출발 물질과 원시 구름의 같은 영역에서 형성되었지만 결정적인 차이를 보인다. 예를 들어, 지구에는 자기장, 판 구조론, 활화산 활동이 있지만 화성은 그렇지 않다. 이것이 왜 그런지는 아직 불분명하다. 그러나 2018년 화성에 착륙한 NASA의 마스 인사이트 우주 탐사선의 측정 데이터는 가능한 답을 제공했다. 지진계는 약 4년 동안 작동하면서 1,300회 이상의 지진을 기록했다.
그러한 지진파의 통과 시간과 모양으로부터 행성 연구자들은 화성 내부의 특성, 밀도 및 온도에 대한 결론을 도출할 수 있다. InSight 데이터는 이미 화성의 해부학과 맨틀 구조에 대한 정보를 제공했다.
강한 지진과 충격
이제 처음으로 화성 핵의 구성과 크기에 대한 보다 자세한 정보가 공개되었다. 이것은 화성 반대편에서 화성 탐사선의 지진계에 도달한 두 개의 지진파 신호에 의해 가능해졌다. 브리스톨 대학의 주 저자 제시카 어빙(Jessica Irving)은 "그런 파사이드 이벤트는 도중에 많은 에너지를 잃기 때문에 감지하기 어렵다"고 설명했다. "이러한 이벤트를 캡처하는 데 많은 운과 경험이 필요했다.“
탐사선은 미션 976일과 1000일째에야 결정적인 측정 데이터를 감지했다. 첫 번째 지진 신호는 전체 측정 기간 동안 기록된 가장 강력한 화성 지진에서 나왔다. 두 번째 지진 급증은 화성 저편에서 발생한 유성 충돌로 인해 발생했다. Irving은 "이 두 번째 신호는 우리가 지진파의 출처를 정확히 알고 있었기 때문에 특히 도움이 되었다"며 "우리는 그것을 다른 행성의 핵을 통과하는 지진파를 포착하기 위해 처음으로 사용했다"고 설명했다.
예상보다 작고 완전히 액체
연구팀은 다양한 분석 방법을 통해 수많은 배경 소음과 복잡한 지진파에서 약한 핵심파를 추출하고 평가할 수 있었다. "Mars InSight 덕분에 우리는 마침내 화성의 중심이 어떤지, 지구와 비슷하면서도 다른 이유를 이해할 수 있게 되었다" 메릴랜드 대학의 공저자 Vedran Lekic은 말했다.
분석 결과 붉은 행성의 핵은 반지름이 1,780~1,810km로 지구 핵의 절반도 되지 않으며 2021년 추정치보다 약 20km 작다. 데이터는 또한 지구와 달리 화성이 단단한 내부 코어를 가지고 있지 않다는 것을 암시한다. Irving과 그녀의 동료들은 화성의 중심이 완전히 액체일 가능성이 높다고 보고했다. 이것은 화성이 영구적인 지구 자기장을 개발하지 않은 이유를 설명할 수 있다.
화성 핵의 밀도에 대한 새로운 값도 있다. 세제곱 센티미터당 6.16~6.35g으로 팀이 보고한 대로 이전에 결정된 세제곱 센티미터당 6.0g보다 약간 높다.
약 20% 가벼운 요소
그러나 더 중요한 것은 지진 측정 데이터가 화성 코어의 화학적 조성에 대한 첫 번째 지표를 제공했다는 것이다. 지금까지 행성 연구자들은 핵이 소량의 유황과 혼합된 액체 철로 구성되어 있다고 가정했다. 그러나 새로운 데이터에 따르면 화성 코어에는 다른 가벼운 요소도 있어야 하며 이러한 혼합물의 전체 비율은 상대적으로 높다.
이에 대한 주요 징후는 코어 파동의 전파 시간에 의해 제공되었다. 초당 4.89 ~ 4.94km로 순수한 철 코어의 경우보다 화성 코어를 통해 더 느리게 실행됐다. Irving과 그녀의 동료들은 "데이터는 화성의 핵이 약 20.3~21.4중량%의 가벼운 원소를 함유하고 있음을 보여준다"고 보고했다. 이것은 현재 추정치에 따르면 그러한 혼합물의 약 12%를 포함하는 지구의 액체 외핵보다 거의 두 배다.
황, 산소, 탄소 및 수소
또한 화성 중심부에 어떤 빛의 요소가 숨어 있는지에 대한 최초의 징후도 있다. 이에 따르면 황은 약 16.5중량%로 코어 철 혼화제의 가장 큰 부분을 차지할 수 있다. 또한 약 3%의 산소, 약 1.3%의 탄소 및 0.5~0.6%의 수소가 있다. 그러나 지구의 핵과는 달리 화성의 핵에는 실리콘이 거의 포함되어 있지 않은 것으로 보인다. 그러면 핵심파가 훨씬 더 빨라졌어야 했기 때문이다.
"이 새로운 결과는 화성의 형성과 진화가 지구와 어떻게 다른지 이해하는 데 중요하다"고 Irving은 말했다. 정확한 화학적 조성은 두 행성 사이의 차이가 약간 다른 행성 구성 요소의 결과인지 또는 층 형성 및 추가 개발 과정에서만 형성되었는지 여부를 밝힐 수 있기 때문이다. (National Academy of Sciences 회보, 2023; doi:10.1073/pnas.2217090120)
출처: 브리스톨 대학교, 메릴랜드 대학교
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