화성은 왜 붉은 행성일까 [우주로 간다]

오래 전부터 우주에서 바라 본 화성은 붉은 색을 띠고 있다. 붉은 빛을 띠고 있어 많은 사람들은 화성을 전쟁이나 재앙과 연결시켜 생각했다. 화성의 영어 이름인 마스(Mars)는 로마신화에 나오는 '전쟁의 신'에서 따왔다.

우주과학매체 스페이스닷컴은 19일(현지시간) 화성이 왜 붉은 행성인지, 일부 망원경에서는 왜 붉은 색으로 보이지 않는 지 살펴본 기사를 보도했다. 해당 기사는 비영리 학술매체 더 컨버세이션에 먼저 실렸다.

출처= ESA & MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/RSSD/INTA/UPM/DASP/IDA

대체로 황갈색…극지방에서는 흰색도 나타나

화성의 붉은 색은 암석에 포함된 산화철과 표면을 덮고 있는 먼지에서 비롯된다. 지구에서 흔히 발견되는 산화철의 한 형태인 녹도 붉은색을 띠는 경우가 많다.

탐사선이 화성 표면을 촬영한 사진을 자세히 살펴보면, 행성의 대부분이 순수한 붉은색이 아니라 녹슨 갈색이나 황갈색에 가까운 색깔이라는 것을 알 수 있다. 화성에 최초로 착륙했던 바이킹 착륙선이 1976년에 촬영한 사진에는 화성 표면이 녹슨 주황색 먼지 층으로 뒤덮여 있는 모습이 담겨 있다.

화성의 1년 동안 화성 북극(왼쪽)과 남극(오른쪽)에 위치한 만년설을 비교한 이미지 (출처= NASA/JPL-칼텍, 위키미디아 커먼스)

물론, 화성 표면 모두가 붉지는 않다. 화성 극지방의 만년설은 흰색이다. 하지만 화성 극지방의 만년설은 지구와 달리 얼음이 아닌 얼어붙은 이산화탄소 층, 즉 드라이아이스로 덮여 있다. 이 드라이아이스 층은 햇빛이 비추면 빠르게 증발했다가 어두워지면 다시 생긴다. 이 과정으로 인해 화성의 계절에 따라 하얀 만년설의 크기가 커지기도 하고 작아지기도 한다.

사진에 포착된 화성 색상이 모두 붉은 색이 아닌 이유는?

그렇다면 일부 화성 사진에서 포착되는 화성의 색상은 왜 모두 붉은 색이 아닐까? 이유는 망원경에 장착된 특수 카메라는 우리 눈으로 볼 수 있는 가시광선이 아닌 다른 광자로 화성을 볼 수 있기 때문이다.

빛 자체는 파동 뿐 아니라 광자라고 불리는 입자의 흐름으로 볼 수 있다. 각 광자가 전달하는 에너지의 양은 광자의 색깔과 관련이 있는데 예를 들어, 파란색과 보라색 광자는 주황색과 빨간색 광자보다 더 많은 에너지를 가지고 있다.

자외선 광자는 우리의 눈으로 볼 수 있는 가시광선 광자보다 훨씬 더 많은 에너지를 가지고 있다. 이 광자는 직사광선에 존재하며, 에너지가 매우 높아 우리 몸의 세포를 손상시킬 수 있다. 이는 우리가 자외선 차단제를 발라 이 광자로부터 자신을 보호하는 이유이기도 하다.

2013년 발사된 메이븐 우주선이 자와선으로 화성의 모습을 촬영한 모습 (사진=NASA/LASP/CU 볼더)

적외선 광자는 눈으로 볼 수 있는 광자보다 에너지가 적기 때문에 특별한 보호 장비가 필요하지 않다. 일부 야간 투시경은 가시광선 스펙트럼 뿐 아니라 적외선 스펙트럼의 빛도 볼 수 있는데 과학자들은 망원경의 야간 투시경처럼 작동하는 특수 카메라를 사용하여 적외선 스펙트럼에서 화성의 사진을 촬영하기도 한다. 적외선 사진의 색상은 눈으로 쉽게 볼 수 없기 때문에 사람의 눈으로 인식할 수 있게 하기 위해 ’위색(false color)’을 추가하기도 한다.

2013년 발사된 미 항공우주국(NASA) 메이븐 우주선은 자외선을 이용하여 화성 사진을 촬영해 공개했다. 이를 통해 지구인들은 화성 표면과 대기에 대한 새로운 관점을 얻기도 했다.

이런 다양한 유형의 사진들은 과학자들에게 화성에 대해 더 많은 것을 알려준다. 이를 통해 화성이 어떻게 형성되었는지, 활화산이 얼마나 오랫동안 존재했는지, 화성 대기는 어디에서 왔는지, 그리고 표면에 액체 물이 있었는지 등에 대한 답을 얻을 수 있다. .