퍼서비어런스, 화성의 같은 암석을 지하수·호수·뜨거운 유체가 세 번 적셨다는 사실 확인

NASA의 퍼서비어런스(Perseverance) 로버가 제제로 분화구(Jezero Crater) 내부 가장자리까지 주행한 암석들은 고대 호숫가로 추정되었다. 그러나 이 암석들은 물이 적어도 세 차례에 걸쳐 스며들고, 용해시키고, 다시 굳혀진 화성암임이 밝혀졌다. 첫 번째는 탄소가 풍부한 지하수, 두 번째는 분화구 자체의 호수, 마지막으로 신선한 균열을 통해 밀고 들어와 형석(fluorite)과 황산칼슘(calcium sulfate)의 광맥을 남긴 뜨거운 유체였다.

이러한 순서가 중요한 이유는 각각의 물이 서로 다른 종류의 서식지이기 때문이다. 감람석(olivine)이 풍부한 암석을 스며드는 지하수, 정체된 호수 물, 따뜻한 지하 순환은 모두 지구에서 미생물이 번성하는 환경이며, 이 암석 띠를 일컫는 Margin Unit은 그 세 가지를 한 곳에 기록했다. 이 연구를 수행한 팀은 현재 이 장소를 단순한 호숫가가 아닌 수계(水系)의 교차로라고 설명한다.

이 암석의 코어 세 개는 로버 내부의 튜브에 밀봉되어 있다. 아무도 이들을 지구로 가져올 자금이 확보된 계획을 가지고 있지 않다.

SuperCam이 최대 6.5미터 거리에서 185개 암석을 읽어낸 방법

이 연구는 퍼서비어런스의 마스트(돛대)에 지상 약 2미터 높이로 장착된 SuperCam에 기반한다. SuperCam은 최대 6.5미터 거리에서 암석에 레이저를 발사하여 수 십분의 일 밀리미터 너비의 지점을 기화시켜 작은 플라즈마 폭발을 일으킨다. 이 플라즈마가 냉각되면서 방출하는 빛은 암석에 포함된 원소를 밝혀주며, 두 번째 분광계는 반사광으로부터 광물을 읽어낸다. 소형 컬러 카메라는 각 지점을 촬영하여 지질학자들이 입자 크기와 조직을 볼 수 있게 한다.

퍼서비어런스는 Margin Unit 전역에 걸쳐 185개 이상의 기반암 표적에 이 레이저를 사용했으며, 분화구 벽을 따라 약 265미터의 고도를 올랐다. 주저자이자 퍼듀 대학교(Purdue University) 연구 과학자인 캔디스 베드퍼드(Candice Bedford)와 동료들은 결과를 화학적 계열로 분류하고 이를 암석의 근접 관찰 모습과 대조했다. 그런 다음 각 계열이 분화구 호수의 과거 수위(이전 연구에서 궤도에서 보이는 테라스로 재구성됨)에 비해 어디에 나타나는지 매핑했다.

바로 이 마지막 단계가 이야기의 핵심을 밝혀냈다. 경사면 위쪽, 화성 기준면보다 약 2,350미터 낮은 고도선보다 높은 곳에서는 암석이 천천히 냉각된 결정질 감람석이 풍부한 덩어리로, 물의 흔적이 거의 없다. 더 아래쪽, 호수의 두 번째 테라스 아래에서는 동일한 암석이 변질되고 균열이 생기며 충전되어 있다.

같은 암석 속 세 가지 물, 순서대로

첫 번째 물은 아래에서 왔다. 이산화탄소가 풍부한 중성 내지 알칼리성 지하수가 기반암의 균열을 따라 이동하며 녹색 화산 광물인 감람석과 반응하여 균열에 탄산염을 침전시켰다. 이후 침식 작용이 그 충전물 주변의 더 연약한 암석을 깎아내고 충전물을 능선으로 남겼다. 베드퍼드는 “균열은 파이프와 같고, 탄산염은 결국 ‘파이프’를 막아버린 화성의 ‘스케일’입니다”라고 말했다.

두 번째 물은 더 산성이고 아마도 더 차가웠다. 이 물은 탄산염의 일부를 용해시키고 암석에 작은 기공을 열어 규산(silica)으로 채웠다. 규산이 풍부한 암석은 호수의 두 번째 해안선 아래에 위치한 Margin Unit 부분에서만 나타나는데, 이 때문에 하와이 대학교 마노아 캠퍼스(University of Hawaiʻi at Mānoa)의 공동 저자 엘레니 라바니스(Eleni Ravanis)와 연구팀은 이 단계를 호수 자체, 또는 오랫동안 암석과 반응해온 지하수와 연결한다.

세 번째 물은 뜨거웠다. 후기 유체가 더 젊은 균열을 통해 흘러 약 25센티미터 두께의 황산칼슘과 형석 광맥을 침전시켰다. 형석은 차가운 화성 지하수에서 미량 광물로 형성될 수 있지만, 그 정도 크기의 광맥은 지구의 열수(hydrothermal) 퇴적물처럼 보인다. 저자들은 제제로 가장자리의 가능한 화산 구조와 인근 시르티스 마요르(Syrtis Major) 화산 지대를 열원으로 지목한다.

탄산염 교차로가 제제로 너머에서 중요한 이유

제제로는 한때 강물이 흘러든 호수를 품었던 직경 45킬로미터의 분화구이며, 궤도선들이 분화구 가장자리를 따라 탄산염을 발견했기 때문에 퍼서비어런스가 그곳으로 보내졌다. 지구에서 탄산염과 규산은 고대 생명체의 화학적 및 미시적 흔적을 가두는 데 가장 뛰어난 광물 중 하나이다. 탄산염 해안선 시나리오가 바로 이 분화구 벽 부분을 최우선 목표로 만든 이유였다.

“우리가 Margin Unit에 도착하기 전에는 이 탄산염들이 제제로 분화구에 존재했던 호수와의 상호작용으로 형성되었다는 것이 주요 가설이었지만, 이제 우리는 이 장소가 일종의 수계 교차로가 되었음을 알게 되었습니다”라고 베드퍼드는 말했다.

이 발견은 분화구 너머까지 미친다. 제제로는 화성에서 가장 큰 탄산염 노출 지역 중 하나, 즉 넓은 닐리 포세(Nili Fossae) 지역을 가로지르는 감람석이 풍부한 층 내에 위치한다. 분화구 외부의 궤도 스펙트럼은 이미 Margin Unit과 유사해 보였으며, 그곳에서도 지하수 또는 열수 기원을 암시했다. 만약 동일한 이야기가 그 지역 전체에 적용된다면, 개방된 호수보다는 지하수가 궤도에서 관측되는 탄산염의 상당 부분을 설명할 수 있을 것이다.

우주생물학자들이 주목하는 또 한 가지 이유가 있다. 지구에서 물이 감람석과 반응할 때, 그 반응은 일부 미생물이 생존하는 화학 연료인 수소를 방출할 수 있다. 이 암석들은 이러한 종류의 물-암석 화학 작용이 여기서 반복적으로 일어났음을 보여준다.

암석이 아직 해결하지 못한 것

이 중 어느 것도 생명체의 증거는 아니다. 이 연구는 광물과 화학을 매핑한 것이며, Margin Unit에서 유기 분자나 생체 신호(biosignature)를 보고하지 않았다.

이 방법에는 한계가 있다. SuperCam의 레이저는 1밀리미터의 일부에 불과한 지점의 원소를 측정하며, 광물 비율은 그 화학 성분과 이미지로부터 추론된 것이지 실험실에서 직접 측정된 것이 아니다. 두 번째 물의 근원은 해결되지 않았다. 저자들은 규산을 침전시킨 유체가 “제제로 고호수(paleolake) 자체 또는 오랜 암석 접촉을 통해 진화한 지하수”에 의해 공급되었을 가능성이 있다고 쓰고 있지만, 로버 데이터는 이 둘을 구분할 수 없다. 세 번째 에피소드의 열원도 추론에 불과하다. 분화구 가장자리의 화산 구조는 후보일 뿐, 확인된 분출구가 아니다.

시기는 가장 큰 공백이다. 순서는 상대적이다. 지하수가 먼저, 호수 또는 진화된 지하수가 두 번째, 뜨거운 유체가 마지막이다. 이 연구는 어느 것에도 절대 연대를 부여하지 않았으므로, 이 에피소드들이 수천 년 간격인지 수억 년 간격인지 말할 수 없다. 그 답은 코어 자체의 실험실 연대 측정이 필요하다.

시료는 밀봉되어 있으며, 여전히 화성에 있다

퍼서비어런스는 Margin Unit의 낮은 부분에서 Pelican Point와 Lefroy Bay라는 이름의 코어 두 개를 채취했으며, 이동 경로를 따라 더 멀리서 세 번째 코어인 Comet Geyser도 채취했다. 이들은 이들을 지구로 가져와 연대 측정과 미세 화석 탐색이 가능한 실험실로 운반할 시료 회수 임무를 위해 수집되었다.

그 임무는 더 이상 자금이 뒷받침되지 않는다. 미국 의회는 2026년 1월에 서명된 2026 회계연도 예산안에서 NASA와 ESA의 공동 화성 시료 회수 캠페인에 자금을 지원하지 않기로 결정했다. 중국의 톈원-3(Tianwen-3) 임무는 2028년에 발사하여 2031년경에 다른 장소에서 자체 화성 시료를 회수하는 것을 목표로 하고 있다.

로버는 2021년 2월 제제로에 착륙했으며, 2023년 9월부터 약 1년에 걸쳐 Margin Unit을 가로질러 작업했다. 이 연구는 2026년 9월 21일 학술지 Communications Earth & Environment에 게재되었으며, 이 횡단 경로에서 나온 것이다. 베드퍼드는 “화성 로버와 함께 일한 10년 동안 배운 한 가지가 있다면, 화성이 끊임없이 당신에게 놀라움을 던진다는 것입니다”라고 말했다.

제제로 분화구 물의 역사에 관한 자주 묻는 질문

퍼서비어런스가 화성에서 물을 발견했나요?

오늘날의 액체 물은 아닙니다. 물이 암석과 반응할 때만 형성되는 광물을 발견하여, 수십억 년 전 제제로 분화구에서 지하수, 호수, 그리고 이후의 뜨거운 유체가 모두 동일한 화성암을 통과했음을 보여주었습니다.

제제로 분화구의 Margin Unit이란 무엇인가요?

제제로 분화구 가장자리 내부를 따라 있는 감람석이 풍부한 암석 띠입니다. 궤도 데이터는 탄산염이 늘어선 고대 호숫가임을 시사했습니다. 퍼서비어런스는 물이 적어도 세 번 변형시킨 화성암임을 보여주었습니다.

화성의 탄산염이 생명체 발견에 중요한 이유는 무엇인가요?

지구에서 탄산염과 규산 광물은 미생물의 화학적 및 미시적 흔적을 수십억 년 동안 보존할 수 있습니다. 둘 다 풍부한 암석은 고대 화성 생명체의 흔적을 찾기에 가장 좋은 장소 중 하나입니다.

퍼서비어런스 시료가 언젠가 지구로 돌아올까요?

현재로서는 이를 회수할 자금이 확보된 임무가 없습니다. NASA와 ESA의 시료 회수 캠페인은 2026년에 자금을 잃었으며, 코어는 로버 내부에 밀봉된 채로 남아 있습니다.

참고문헌: Bedford et al., “Lake- and groundwater-associated alteration of the olivine-rich Margin unit in Jezero crater, Mars,” Communications Earth & Environment, 2026. DOI: 10.1038/s43247-026-03997-9

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