[아하! 우주] 화성에도 오로라가 있다?

지구의 하늘에는 화려한 빛의 군무인 오로라가 관측된다. 오로라는 태양에서 날아오는 고에너지 입자가 지구의 자기장에 이끌려 극지방으로 진입하면서 대기 입자와 반응해서 발생하는 빛이다. 그런데 오로라는 지구가 아닌 행성에서도 발생할 수 있다. 과학자들은 목성과 토성에서 지구보다 훨씬 강력한 오로라를 관측한 바 있다. 태양까지의 거리는 훨씬 멀지만, 이 행성들의 강력한 자기장에 이끌린 입자들이 지구보다 더 큰 오로라를 만드는 것이다.

반면 금성이나 화성 같은 행성들은 자기장이 거의 없다고 해도 좋을 정도로 미약하다. 따라서 태양에서 나오는 입자들이 자기권을 따라 극지방으로 이동하는 대신 바로 대기의 상층부에서 반응하게 된다. 과학자들은 이 행성들에서 오로라를 관측할 수 있을 것으로 기대하지 않았다.

나사는 화성의 대기를 정밀 관측하기 위해서 메이븐(MAVEN, Mars Atmosphere and Volatile Evolution) 탐사선을 발사했다. 현재 메이븐은 화성에서 활발한 탐사 활동을 진행 중이다. 그런데 2014년 12월 20일, 메이븐의 관측 결과를 본 과학자들은 예기치 않았던 현상 두 가지를 발견했다. 첫 번째는 오로라고 두 번째는 높은 고도에서 발견된 먼지 구름이었다.

메이븐의 이미징 자외선 분광기(Imaging Ultraviolet Spectrograph (IUVS))는 크리스마스 5일 전 화성의 북반구에서 자외선 영역에서 빛나는 오로라를 발견했는데, 이를 본 과학자들은 크리스마스 불빛이라는 별명을 붙였다.

이 불빛의 정체는 태양에서 발생한 고에너지 입자가 대기권으로 진입하면서 발생한 것으로 원리적으로 오로라와 같지만, 지구에서 보는 오로라와는 다르다. 왜냐하면, 화성에는 지구처럼 태양에서 날아오는 위험한 고에너지 입자들을 막아줄 자기장과 두꺼운 대기가 없기 때문이다. 따라서 높은 에너지를 가진 위험한 입자들이 직접 대기 입자와 반응해 눈으로는 보이지 않는 자외선 영역에서 에너지를 발산한다.

사실 이보다 더 놀라운 발견은 바로 먼지 구름의 존재이다. 발견 위치가 화성 표면 상공 150km에서 300km이기 때문이다. 희박한 대기를 지닌 화성에 있는 먼지 구름이 이 정도 높이로 올라간다는 것은 거의 생각할 수가 없으므로 나사의 과학자들은 아마도 이 먼지의 기원이 화성의 두 위성인 데이모스와 포보스이거나 혹은 혜성의 잔해를 통과하면서 생긴 것이 아닌가 추정하고 있다.

화성은 지구와 유사한 부분도 있지만, 사실 많은 차이를 가지고 있다. 지구의 오로라는 아름다울 뿐 아니라 지구의 자기장과 대기가 태양에서 날아오는 위험한 고에너지 입자를 막아주고 있다는 살아있는 증거이기도 하다. 하지만 화성의 오로라는 그 반대로 태양에서 날아오는 입자들이 표면으로 쏟아진다는 증거이다. 우리는 그 고마움을 잘 느끼지 못하지만, 지구의 자기장과 공기는 그래서 소중하다.

고든 정 통신원 jjy0501@naver.com