한 UCLA 연구팀의 예측
2012년 8월 9일, UCLA의 연구팀은 지구의 판 경계에서의 사진과 화성의 MRO 위성사진을 비교한 결과, 많은 지형들이 지형학적으로 매우 비슷하다는 사실을 발견했습니다.
예를 들어 협곡의 벽이 편평하고 매우 반들반들한 것은 단층과 캘리포니아 데스 밸리 같은 가파른 단애로만 생길 수 있다는 것, 또 화성에는 직선형 화산 지대가 있는데 이 역시 판 운동의 전형적인 산물인 것입니다. 이를 통해 연구팀은 화성에도 지진이 존재할 것이라고 예상했습니다. 그리고 2019년, 그 예상이 진실로 밝혀졌습니다.
Insight 탐사선
Insight 탐사선은 2018년 5월 5일에 발사되어 2018년 11월 26일에 착륙한 화성 착륙선입니다. 착륙선은 로버(rover)와 다르게 이동하지 못하고 한 곳에서 탐사해야하기 때문에 더 신중하게 착륙위치를 선정해야 합니다. 인사이트는 많은 과학자들의 논의 끝에 태양빛을 잘 받을 수 있고 땅의 기울기가 작은 Elysium Planitia(엘리시움 대평원)에 착륙하기로 합니다.
인사이트는 지구형 행성의 생성원리를 알아내기 위한 탐사선입니다. 이를 위해 인사이트는 화성의 내부 구성을 찾아낼 것이고, 그 구성을 찾기 위해서는 다음 3가지 값을 측정해야 합니다.
지진계를 이용한 화성의 지진측정
HP3를 이용한 화성 내부 열 흐름의 측정
RISE 기구의 일부인 안테나 2개를 이용한 화성의 자전축에 대한 비틀어짐 정도 측정
이 3가지를 측정하여 분석하면
화성의 생성과정과 이후 사건들 이해
화성 내부 판의 운동성 결정
화성 내부 구성 결정
등을 할 수 있어, 최종적으로 지구형 행성의 생성원리를 찾아낼 수 있을 것이라고 NASA는 기대하고 있습니다.
위 3가지 측정결과의 분석방법 중 1번에 집중해 보겠습니다.
지진계를 이용한 화성의 지진측정
지구의 경우 판의 작용으로 인해 지진이 발생하면 다음과 같이 지구 속에 퍼져 나갑니다. 실제로 진원까지의 거리를 P파와 S파의 시간차이로 구하는 방법도 존재합니다.
위 식을 이용하면 지구에서 측정지점과 진원사이의 거리를 구할 수 있습니다.
그렇다면 화성에서도 이식을 응용해서 사용할 수 있지 않을까요? 화성은 판의 움직임이 거의 없기 때문에 대부분 운석충돌로 지진이 일어납니다. 만약 화성에도 지진파가 여러 종류 있다면, 운석이 떨어진 위치와 인사이트의 위치 사이의 거리를 측정하고 아래의 식을 이용하여 지진파 속력의 역수의 차이를 알 수 있을 것입니다.
또 파동의 진행속력은 Awcos(wt)이기 때문에 이를 이용하면 가능한 지진파 속력들을 알 수 있을 것입니다.
지구내부의 매질차이 때문에 P파만 도달 가능한 S파 암영대가 생기듯이, 어느 날 측정된 지진파의 개수가 예전에 측정된 개수보다 작다면, 두 가지를 예측할 수 있습니다.
화성 내부에 액체로 구성된 영역이 존재한다. 즉, 행성이 아직 식지 않았다.
횡파와 종파 형태의 지진파가 존재한다.
특히 첫 번째는 화성 내부가 아직 판 운동을 할 수 있다는 단서가 되기 때문에 아주 흥미로운 결과라고 할 수 있습니다.
다음은 2019년 4월 8일 화성에서 처음으로 관측된 지진파에 대한 영상입니다. 첫 번째는 화성의 바람, 두 번째가 화성내부의 지진파, 세 번째가 로봇팔의 움직임에 대한 진동이라 하네요.
맺음말
저는 화성에서 암석형 행성들의 기원을 밝히기 위해 가있는 착륙선 인사이트에 대해 소개하고, 탐사선의 기능과 측정 대상, 그리고 특히 지진파에 대한 분석방법을 제시했습니다. 인사이트의 지진계에 화성의 많은 지진이 감지되어 암석형 행성의 기원을 하루 빨리 찾았으면 좋겠네요.
필요한 피직스 2019 여름호
작성자: 19-098 정인환
분야: 지질학, 우주과학
참고문헌:
Jet Propulsion Laboratory-Mars Insight Mission(제트추진연구소) https://mars.nasa.gov/news/8430/nasas-insight-detects-first-likely-quake-on-mars/?site=insight
Science Daily https://www.sciencedaily.com/releases/2012/08/120809155831.htm
이미지:
https://file.mk.co.kr/meet/2018/11/image_readtop_2018_736537_1543101872.jpg
http://thumbnail.egloos.net/620x0/http://pds12.egloos.com/pds/200901/10/27/a0102727_49682080126c8.jpg
https://www.jpl.nasa.gov/images/insight/20180222/PIA22228-16.jpg
http://blogs.smithsonianmag.com/smartnews/files/2012/08/08_21_2012_mars-interior.jpg
동영상:
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