"화성 먼지 위험해"…NASA 로버가 찾아낸 초미세 먼지 입자 [우주로 간다]

화성은 강한 바람과 먼지 회오리, 행성 전체를 뒤덮는 대규모 먼지폭풍으로 유명하다. 화성 먼지는 향후 유인 탐사를 위해 반드시 해결해야 할 과제 중 하나다.

과학매체 어스닷컴은 미국 항공우주국(NASA)의 화성 탐사 로버 '퍼서비어런스'가 수집한 화성 먼지 데이터를 분석한 연구 결과를 최근 보도했다. 해당 연구는 지난 달 말 학술지 미국국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다.

2021년 화성에 착륙한 퍼서비어런스는 북반구의 예제로 크레이터 지역에서 탐사 활동을 이어가고 있다. 이 로버는 이 곳에서 화성에서 지금까지 관측된 것 가운데 가장 미세한 먼지 입자를 발견했다. 크기가 약 100나노미터(nm)에 불과한 초미세 먼지 입자로, 사람 머리카락보다 약 500배 가늘다.

연구를 이끈 스콧 밴봄멜 워싱턴대 세인트루이스 캠퍼스 행성과학자이자 퍼서비어런스 탐사팀 연구원은 "입자가 작다고 해서 반드시 더 위험한 것은 아니지만, 작은 입자는 인체 깊숙이 침투할 가능성이 크고 몸 밖으로 배출하기도 더 어렵다"고 설명했다.

그는 "다른 물질과 마찬가지로 독성은 노출량과 노출 시간에 따라 달라진다"며 "화성 먼지에는 실리카와 철 화합물, 과염소산염 등 염소 화합물이 포함돼 있는데, 이들 물질은 지구에서도 높은 농도에 노출되면 유해한 것으로 알려져 있다"고 덧붙였다.

PIXL, 100nm 초미세입자와 2.5㎛ 미만 입자 확인

기존 장비로는 화성 먼지 입자의 크기를 지름 약 3마이크로미터(㎛)까지 구분할 수 있었다. 그러나 퍼서비어런스에 탑재된 행성 X선 암석화학 분석기(PIXL)는 이보다 훨씬 작은 두 종류의 입자를 추가로 확인했다. 약 100nm터 크기의 초미세 입자와 지름 2.5㎛ 미만의 미세 입자다.

이처럼 작은 입자는 우주인의폐 깊숙이 침투하고 혈류에 유입돼 주요 장기에 영향을 미칠 가능성이 있다. 먼지가 장기간 쌓이면 우주복이나 거주지에 사용되는 소재를 손상시킬 수 있다는 점도 우려된다.

이를 조사하기 위해 퍼서비어런스는 우주복 소재 후보인 벡트란 섬유와 테플론 보호 코팅 등 다양한 재료의 샘플을 약 20㎜ 크기의 정사각형 형태로 싣고 있다.

밴봄멜은 "먼지가 우주복 소재를 손상시켰다는 증거는 아직 없지만, 소재마다 먼지와 상호작용하는 방식이 다르다는 사실을 확인했다"며 "벡트란은 상대적으로 큰 먼지 입자를 잘 흡착했으며, 특히 직물의 뒷면에 입자가 많이 달라붙었다"고 설명했다. 이어 "테플론 샘플은 먼지를 적게 흡착했지만, 달라붙은 입자는 더 미세했다"며 "이는 각 소재의 정전기적 특성에 따라 흡착되는 먼지 입자의 크기가 달라질 수 있음을 보여준다"고 덧붙였다.

화성 유인 탐사에 도움될 것

NASA는 2030년대 초 우주비행사를 화성에 보내는 것을 목표로 하고 있다. 이번 연구는 향후 유인 화성 탐사에 필요한 우주복과 거주지 소재를 선정하고, 초미세 먼지까지 효과적으로 제거할 수 있는 세척 기술을 개발하는 데 도움이 될 전망이다. NASA의 독성 위험 평가 지침과 안전 프로토콜을 보완하는 데도 활용될 수 있다.

먼지 폭풍이 일어나기 전후 화성 모습 비교. 오른쪽이 모래폭풍이 뒤덮은 화성의 모습이다. (사진= NASA/JPL-Caltech/MSSS)

밴봄멜은 "거주지 내부로 유입되는 먼지의 양은 우주복과 에어록을 어떻게 설계하느냐에 크게 좌우된다"며 "NASA는 현재 우주복 도킹 시스템인 '슈트포트(Suitport)'와 이중 챔버 에어록 등 다양한 설계 방안을 연구해 생활 공간으로 먼지가 들어오는 것을 차단하려 하고 있다"고 말했다.

NASA는 달 탐사를 통해 우주 먼지가 우주비행사와 장비에 미치는 영향을 이미 경험한 바 있다. 1969년부터 1972년까지 진행된 아폴로 달 탐사에서 달 먼지는 우주복 외피를 손상시키고 밀봉 부위를 마모시켰으며, 우주비행사의 헬멧 바이저에도 흠집을 냈다. 일부 우주비행사에게는 알레르기성 비염과 비슷한 증상이 나타났을 가능성도 제기됐다.

그러나 화성 먼지는 달 먼지와 특성이 다르다. 밴봄멜은 "달 먼지는 주로 미세 운석을 비롯한 물체가 달 표면에 충돌하면서 생성된다"며 "대기와 바람이 없어 풍화 작용을 거의 겪지 않기 때문에 입자가 날카롭고 각진 형태를 유지한다"고 설명했다. 이어 "달 먼지의 위험성은 주로 입자의 날카로운 형태에서 비롯되지만, 화성 먼지는 화학적 조성과 입자 크기가 주요 관심사"라고 덧붙였다.