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화성 로버 큐리오시티, 전문 장비 없이 '샤프산' 수수께끼 풀어

스마트폰 장착 가속계로 중력 변화 측정해 암석 밀도 확인
화성 탐사 로버 큐리오시티
화성 탐사 로버 큐리오시티 [NASA/JPL-Caltech 제공]

(서울=연합뉴스) 엄남석 기자 = 미국의 화성 탐사 로버 '큐리오시티(Curiosity)'는 샤프산(Mount Sharp)을 오르며 탐사를 이어가고 있다.

라틴어로 '아이올리스 몬스(Aeolis Mons·아이올리스산)'로도 불리는 이 산은 5천m 높이로 큐리오시티가 화성에 도착해 내내 탐사해온 운석충돌구인 '게일 크레이터' 중앙에 자리 잡고 있다.

이 산은 약 150㎞에 걸쳐 펼쳐져 있는 게일 크레이터가 고대 호수였을 때 침전물이 쌓였다가 침식되면서 형성된 것인지 아니면 호수가 마른 뒤 바람이 모래와 퇴적물을 중앙으로 쓸어와 만든 것인지 그 형성 과정이 수수께끼가 돼왔다.

샤프산 합성 사진
샤프산 합성 사진 [NASA/JPL-Caltech/MSSS]

충돌구 전체를 채울 만큼 침전물이 많이 쌓여 있었다면 그 압력으로 바닥의 암석이 단단하게 응집됐을 것이고, 운석 충돌 때 융기한 충돌구 중앙에만 물질이 쌓여 산을 형성한 것이라면 암석이 그리 단단하지 않아 어느 쪽 가설이 정확한 것인지는 암석 밀도가 열쇠가 될 수 있었다.

큐리오시티는 암석 밀도를 측정할 수 있는 전문 장비를 갖추고 있지 않았지만 로버 항법장치 중 하나인 가속도계(accelerometers)가 이용됐다.

지질학자들이 가속도계를 이용해 암석의 밀도 차이에 따른 중력 변화를 측정하는 것을 응용한 것이다. 예컨대 질량이 큰 암석이 있으며 중력도 높게 측정되는데, 아폴로17호도 이를 이용해 고대 용암의 흐름을 밝혀내기도 했다.

큐리오시티 이동 궤적(푸른선) 오른쪽 상단에서 시작해 하단 샤프산으로 이동했다.
큐리오시티 이동 궤적(푸른선) 오른쪽 상단에서 시작해 하단 샤프산으로 이동했다. [NASA/사이언스 제공]

큐리오시티에 장착된 가속도계는 방향과 움직임 등을 측정하기 위해 스마트폰에 장착된 것과 같은 것으로 정밀도만 높인 것이라고 한다.

큐리오시티 운영팀은 이 가속도계로 방향을 잡고 로버를 움직여 왔으며, 큐리오시티는 정지할 때마다 5분씩 가속도계를 가동해 방향을 잡으면서 현장의 중력도 측정했다.

이렇게 해서 화성 60일차부터 1천743일차에 이르는 동안 모두 700여회에 걸쳐 중력 측정이 이뤄졌으며, 이는 원래 의도하지는 않았지만 700여곳의 암석 밀도 자료를 확보하는 결과로 이어졌다.

존스홉킨스대학의 행성과학자 케빈 루이스 부교수가 이끄는 연구팀은 이런 뜻밖의 자료가 있다는 점을 확인하고 큐리오시티가 샤프산을 오르는 과정에서 중력치가 어떻게 변하는지를 확인했다.

큐리오시티는 약 350m를 올라 이제 겨우 샤프산의 7%를 등정했지만 암석의 밀도 차이를 확인하기에는 충분했다.

큐리오시티의 샤프산 등정과 중력 측정치
큐리오시티의 샤프산 등정과 중력 측정치로버가 샤프산을 오르면서 중력 측정치가 미세하게 약화되고 있다. 로버의 가속도계 측정치(회색)는 중력이 예상치(점선)보다 떨어지고 있음을 보여준다. [케빈 루이스 제공]

암석의 무기물 존재량을 토대로 한 입자밀도는 1㎥당 2천810㎏에 달하는 것으로 추정됐지만 공극까지 포함한 전용적밀도는 1㎥당 1천680㎏에 그쳤다. 이는 암석이 밀도가 낮고 공극이 많다는 점을 의미하는 것이다.

이는 약 1~2㎞ 가량 침전물이 쌓였을 때 형성될 수 있는 것으로, 운석충돌구를 가득 채울 만큼 엄청난 침전물이 쌓였다가 침식돼 샤프산이 형성됐을 것이라는 가설을 배제하는 것이기도 하다.

연구팀은 이런 연구결과를 과학저널 '사이언스(Science)' 최신호에 발표했다.

논문 제1저자인 루이스 부교수는 "단단하게 결합한 암석이라기보다는 토양에 가까운 밀도였다"면서 "샤프산 하부의 암석은 오랜 시간 묻혀있어 단단하게 만들어졌을 것으로 생각돼 왔지만 이번 연구는 우리가 추정했던 것만큼 많은 물질에 묻혀있었던 것이 아니라는 점을 보여주고 있다"고 했다.

큐리오시티와 아폴로16호 월면차
큐리오시티와 아폴로16호 월면차 중력계 없이 암석 밀도를 측정한 큐리오시티. 월면차는 아폴로17호 임무 때 중력계를 싣고가 달의 중력을 측정했다. [NASA/JPL-Caltech/MSSS]

미국항공우주국(NASA) 제트추진연구소의 큐리오시티 프로젝트 과학자인 애쉬윈 바라바다 연구원은 보도자료를 통해 "샤프산 형성 과정에 대해서는 아직 많은 의문이 남아있지만 이번 연구 결과는 중요한 단서를 제공해 줬다"면서 "창의적인 과학자와 기술진이 로버를 통해 새로운 과학적 발견을 할 수 있는 혁신적인 방법을 아직도 찾아낼 수 있다는데 전율을 느낀다"고 했다.

eomns@yna.co.kr

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지> 2019/02/01 11:49 송고

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