오래전 화성 표면에 흘렀던 물은 거대하고 깊은 강바닥을 남겨 놓았다.
그러나 당시 화성의 기후가 어떤 상태였는지 밝혀지지 않고 있었다. 너무 오래전에 일어난 일이었기 때문. 수십억 년 전에 강바닥이 형성됐을 것으로 추정하는 정도였다.
이 수수께끼가 최근 풀려가고 있다. 28일 ‘사이언스 데일리’는 미국 시카고 대학 연구팀이 이전에 추정했던 것보다 더 가까운 시기에 거대한 강들이 범람했다는 결론을 내리고 이 사실을 화성 역사에 등재했다고 전했다.

강의 경사면‧자갈 분석해 기후역사 복원 

연구 결과에 따르면 화성 표면에서 이루어진 강의 범람은 그 영향력이 엄청났던 것으로 분석되고 있다.
오늘날 지구에서 일어나고 있는 강의 범람과 비교해 훨씬 더 넓은 지역으로 물이 흘러넘쳤으며, 화성 표면에 있는 수백 개 지역에 영향을 미쳤다.
화성의 기후를 연구해오던 과학자들을 어렵게 만든 것은 바로 이 부분이었다. 논문 주저자인 지구물리학자 에드윈 카이트(Edwin Kite) 교수는 “범람의 흔적이 너무 다양해 올바른 이론을 추려내는 일이 힘들었다”고 말했다.
“그러나 이번 연구를 통해 올바른 이론을 추려내는 작업을 진행했으며, 최종 결론에 이르게 됐다”고 밝혔다.
카이트 교수에 따르면 그동안 미 항공우주국(NASA)은 우주선을 통해 화성 표면을 촬영한 수백 장의 사진을 보내왔다. 2012년 화성 표면에 상륙한 탐사로봇 큐리오시티(Curiosity) 역시 강바닥과 호수 밑에서 촬영한 자갈 등 다양한 사진을 보내왔다.
연구팀은 이들 영상들을 분석했으며, 화성 표면에 물이 흐르지 않은 크고 작은 강들이 매우 복잡하게 얽혀 있으며, 강의 모양 또한 제각기 매우 독특한 모습을 지니고 있다는 사실을 확인할 수 있었다.
그러나 오래전 화성에 물이 흘렀다는 결론을 내리지 못하고 있었다. 오늘날 화성의 대기층이 극히 희박한데다 미세먼지 등으로 인해 받아들일 수 있는 햇볕의 양이 지구의 3분의 1에 불과했기 때문이다.
화성에 많은 물이 흘러 거대한 강이 형성되기 위해서는 물과 같은 액체 상태가 유지될 수 있을 정도의 열이 필요한데 현재 화성의 기후상황에 비추어 그 가능성을 추정하는 일이 불가능했다.
우주선과 탐사로봇으로부터 보내오는 모든 지표들이 화성의 차갑고 건조한 기후를 말해주고 있었고, 과거에 어떻게 이처럼 거대한 강들이 흘렀는지 설명하기가 매우 어려웠다.

“습한 기후에서 건조한 기후로 급변” 

화성 역사 복원에 어려움을 겪고 있던 상황에서 카이트 교수 연구팀은 약 10억 년 전 형성된 200여 개의 강바닥 사진과 해발고도 자료를 분석하고 있었다.
그리고 새로운 사실을 발견했다. 강의 폭(width)과 가파름(steepness)은 과거 흘렀던 물의 속도를, 자갈의 크기(size of gravel)는 강에 흘렀던 물의 양을 이야기하고 있다는 것. 연구팀은 곧 영상 분석을 통해 과거 사실에 대한 데이터를 산출하기 시작했다.
그리고 다양한 데이터를 통해 과거 화성 표면을 흐르고 있던 강들이 대거 범람했으며, 이는 과거 화성 역사에 강수량이 증발량보다 많은 습윤기후(濕潤氣候, wet climate)가 존재했음을 말해주고 있다는 결론에 도달했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴스’ 지 27일자에 게재됐다. 논문 제목은 ‘Persistence of intense, climate-driven runoff late in Mars history’이다.
연구팀은 논문에서 지금 건조한 화성이지만 오래전에 지구처럼 강물이 흐르고 있었다는 흔적들이 화성 표면 전체에 걸쳐 나타나고 있다고 말했다.
그동안 과학자들은 이 흔적들을 통해 화성의 기후가 큰 변화를 겪어왔다고 보고 화성의 역사를 복원하는데 힘써왔지만 강바닥과 호수 흔적에 대한 분석에 어려움을 겪으면서 확실한 결론을 내리지 못해왔다고 말했다.
그러나 이번 연구를 통해 과거 강을 통해 얼마나 많은 양의 물이 흘렀는지 확인했다. 또한 강물의 속도와 힘에 대한 데이터를 산출할 수 있었으며, 서로 다른 강바닥에 대한 저수량(catchment)을 집계할 수 있었다고 밝혔다.
또 관련 데이터를 통해 과거 화성표면을 뒤덮었던 강에 큰 범람이 있었다는 사실을 확인하는 등 그동안 미지의 영역이었던 화성의 기후 역사를 복원해나갈 수 있었다고 말했다.
연구 결과를 지켜본 우주, 기후 등의 주요 관계자들은 이번 연구 결과가 매우 과학적으로 진행됐다고 평가하고 있다.
예를 들어 거대한 강바닥 사이즈는 오랫동안 많은 물이 흘렀다는 사실을 말해주고 있다는 것. 또한 이처럼 많은 물이 흘렀다는 것은 과거 화성에 빙점을 넘어서는 따뜻한 기온의 시대가 있었다는 것을 말해주고 있다고 보고 있다.
카이트 교수는 “당시 습도는 매우 높았고, 수만 km에 달하는 긴 강들이 즐비했으며, 이 강들을 통해 빠른 속도로 많은 물이 흐르고 있었다”고 말했다. “그러나 대 범람이 있은 후 건조한 기후로 바뀌면서 지금의 생명체가 살기 힘든 시대가 지속되고 있다”고 말했다.
습한 기후가 건조한 기후로 급변한 데 대해서는 “다양한 기후 모델을 통해 그 원인을 추적하고 있다”고 말했다. 지금까지의 추정으로는 ‘온 앤 오프(on and off) 스위치’처럼 기후도 습하고 건조한 기후가 순환할 가능성에 무게를 두고 있다.
과학계는 이번 연구 결과가 향후 화성의 기후변화 역사를 연구하는데 중요한 기준이 될 것으로 판단하고 있다. 특히 건조한 기후가 있기 직전에 대 범람이 있었다는 사실에 주목하고 이에 대한 후속 연구를 기대하고 있는 중이다.