화성에서 가장 넓은 화산의 새 균열에서 마그마와 연관된 가스가 새어 나온다

화성 북반구의 이른 여름마다, 화성에서 가장 넓은 화산인 알바 몬스(Alba Mons)의 사면 위로 염화수소 기체가 미량 나타난다. 이는 이 기체가 화성 하늘의 다른 지역에서는 사라진 시기이다. 그 검출 지점 바로 아래에서, 궤도 탐사 카메라들은 이전에 아무도 지도에 표시한 적 없는 새롭고 좁은 균열 떼를 발견했다.

지구에서 염화수소는 마그마가 화산 분출구를 통해 방출하는 기체 중 하나다. 유럽우주국(ESA)의 엑소마스 트레이스 가스 오비터(ExoMars Trace Gas Orbiter)와 함께 작업하는 국제 연구팀은 이제 화성에서도 같은 현상이 일어나고 있다고 주장한다. 즉, 겨울 동안 균열을 봉인했던 얼음이 증기로 변하면서 깊은 지하의 마그마체에서 나온 기체가 균열을 통해 새어 나온다는 것이다. 그들의 말이 맞다면, 화성은 지질학적으로 죽은 행성이 아니라 잠든 행성이며, 그 균열들은 얼어붙은 표면 아래에서 따뜻하고 습한 주머니를 찾을 수 있는 첫 번째 장소가 된다.

“우리의 발견은 화성이 최근까지, 그리고 아마도 지금도 화산 활동을 지원할 충분한 내부 열을 유지하고 있음을 시사한다”고 폴란드 과학원 우주연구센터의 교수이자 연구 공동 주저자인 다니엘 메즈(Daniel Mège)가 말했다. 이 연구는 모스크바에 있는 러시아 과학원 우주연구소의 알렉산드르 트로히모프스키(Alexander Trokhimovskiy)가 주도했으며, 폴란드, 러시아, 영국, 독일, 프랑스, 스위스, 이탈리아, 우크라이나, 호주의 연구자들이 참여했다.

화성은 태양계에서 가장 큰 화산들을 가지고 있지만, 아무도 분화하는 모습을 본 적은 없다. 몇 백만 년밖에 안 된 것으로 보이는 용암류와 NASA의 인사이트(InSight) 착륙선이 기록한 화성 지진은 내부가 완전히 차갑지 않다는 것을 암시해 왔다. 지금까지 빠졌던 것은 오늘날 땅에서 나오는 기체, 즉 화학적 흔적이었다.

궤도선이 기체를 잡아낸 방법

트레이스 가스 오비터는 대기 화학 장비군(Atmospheric Chemistry Suite)을 탑재하고 있는데, 이는 태양 엄폐 방식으로 작동하는 적외선 분광기 세트이다. 우주선이 얇은 화성 대기를 통해 태양이 뜨거나 지는 것을 관측하면서, 장비들은 태양광이 통과하는 동안 어떤 파장이 흡수되는지 기록하며, 각 기체는 고유의 지문을 남긴다. 이 방법은 10억분의 1 수준의 기체를 식별하고 그것이 어떤 고도에 있는지 알 수 있다.

동일한 장비 팀은 몇 년 전에 화성에서 염화수소를 처음 보고했다. 그 이후로 이 기체는 널리 발견되었지만, 거의 항상 화성이 태양에 가장 가까이 접근하는 따뜻하고 먼지가 많은 계절에 나타나며, 먼지와 수증기에 따라 증감한다. 연구자들은 그 계절적 급증을 화산이 아닌 공기와 공기 중의 먼지 및 얼음 사이의 화학 반응에 기인한다고 본다.

예외는 화성이 태양에서 가장 멀리 떨어져 있고 전체 대기가 차갑고 건조한 북반구 여름의 두 차례 관측이었다. 두 번 모두 알바 몬스 북쪽에서였다. 팀은 이후 화성년에 전용 탐색을 실시하여 같은 지역 위에서 다시 염화수소를 발견했다. 반면 비슷한 관측 조건을 가진 다른 위도 궤도에서는 전혀 발견되지 않았다. “트레이스 가스 오비터가 결정적 증거를 찾아낸 것이다. 건초 더미에서 바늘을 찾는 것과 같았다”고 메즈가 말했다.

1미터 미만 너비의 균열

가능한 근원을 찾기 위해 연구자들은 세 대의 카메라로 검출 지점 아래 지면을 조사했다: 트레이스 가스 오비터의 CaSSIS, NASA 화성정찰궤도선(Mars Reconnaissance Orbiter)의 HiRISE와 CTX. 그들은 선형적인 균열 떼를 발견했는데, 일부는 폭이 수십 센티미터에 불과하고 길이가 수백 미터에 달하며, 지형 능선을 따라 수십 킬로미터 길이의 띠로 모여 있었다. 일부는 밝고 어두운 퇴적물이 옆에 있었는데, 이는 연구팀이 지구의 화산 분기공인 푸마롤(fumarole) 주변에 형성되는 지각(地殼)과 비교하는 색상 변화이다.

균열은 이 북위도를 덮고 있는 얼음이 풍부한 먼지와 서리 덮개와, 얼어붙은 지면이 형성하는 다각형 패턴을 가로지르고 있어 지질학적으로 젊으며, 아마도 100만 년 미만일 것이다. 또한 이 균열들은 화산 주변의 대규모 단층계인 탄탈루스 포사(Tantalus Fossae)와 플레게톤 카테나(Phlegethon Catena)와 일치한다.

제안된 메커니즘은 계절적이다. 겨울에는 기온이 약 영하 120도까지 떨어지면서 얼음이 균열을 막는다. 이 얼음이 초여름에 바로 증기로 변할 때, 갇혀 있던 기체가 빠져나가는데, 이는 신호가 같은 장소와 같은 계절에 다시 나타나는 이유를 설명해 준다.

알바 몬스의 크기와 누출의 작은 규모

알바 몬스는 특이한 화산이다. 용암류 지대가 정상에서 최소 1,350킬로미터까지 뻗어 있으며 면적은 미국과 맞먹지만, 높이는 약 6.8킬로미터에 불과하여 올림푸스 몬스(Olympus Mons) 높이의 약 3분의 1이다. 북쪽 사면의 평균 경사는 약 0.5도로, 대부분의 고속도로 램프보다 평평하다.

누출 자체는 미미하다. 염화수소가 대기 중에서 약 하루 동안 생존한다고 가정할 때, 저자들은 초당 3킬로그램 미만의 누출률을 추정한다. 지구의 화산은 초당 몇 킬로그램에서 100킬로그램 이상의 속도로 이 기체를 방출하므로, 화성의 근원은 그 범위의 가장 낮은 끝에 위치한다.

화성이 태양에 가장 가까이 접근할 때 화성 전역에서 관측되는 훨씬 더 큰 계절적 펄스(초당 약 180킬로그램으로 추정)는 그 자체로 화산 기원으로 생각되지 않는다. 그러나 팀은 그 염소 중 일부가 오래전에 내부에서 나왔을 수 있으며, 대기, 표면 염분, 얼음 사이를 계속 순환하고 있다고 제안한다.

증명하지 못하는 것

아무도 마그마를 본 적이 없다. 화성에서 새로운 용암류나 분화가 관측된 적은 없으며, 현재의 분화를 가장 직접적으로 가리키는 이산화황도 검출되지 않았다. 저자들은 염화수소와 같은 할로겐 기체가 분화 없이, 그리고 적외선 탐사가 활화산 활동을 찾기 위해 찾았으나 발견하지 못한 강한 열 신호 없이도 깊은 곳의 마그마체에서 스며 나올 수 있다고 주장한다.

기체와 균열 사이의 연관성은 위치와 시기에 따른 추론이다. 검출 횟수는 적고, 기체는 잘 혼합되지 않으며 빠르게 사라지므로 그 근원은 대략적으로만 위치를 특정할 수 있다. 메즈는 화산 해석을 증명이 필요한 직관으로 설명했다: “누출의 공간적 분포를 보자마자 그 뒤에 화산적 무언가가 있다는 것이 즉시 명백해졌지만, 증명이 필요했다.” 팀에 따르면, 대부분의 작업은 대기 중에서 그 기체를 대신 생성할 수 있는 화학 과정을 테스트하고 배제하는 데 들어갔다.

화성의 미량 기체는 논란의 여지가 있는 기록을 가지고 있다. NASA의 큐리오시티(Curiosity) 탐사차가 지상에서 측정한 메탄 급증은 궤도에서 확인된 적이 없으며, 트레이스 가스 오비터는 매우 낮은 상한선을 설정했다. 알바 몬스 상공에서의 반복 검출, 이상적으로는 두 번째 장비에 의한 검출이 있다면 화산 가설을 반박하기 훨씬 어려워질 것이다.

균열이 생명체에 중요한 이유

염화수소와 같은 마그마 기체는 행성 과거에 훨씬 더 풍부했을 수 있으며, 액체 물이 표면의 많은 부분을 덮고 있을 때 대기를 두껍게 하고 기후를 따뜻하게 하는 데 도움을 주었을 것이다. 오늘날에도 지하의 열이 지표 얼음과 만난다면, 지하에 액체 물 주머니를 유지할 수 있다.

“알바 몬스 지역의 스며 나오는 균열에서 화성 생명체를 찾는 것은 매우 합리적일 것이다. 열수 시스템이 활성화되어 있다면, 미생물이 발달하는 데 필요한 성분과 에너지를 포함할 수 있기 때문이다”라고 메즈가 말했다. 이는 발견이 아니라 미래 임무를 위한 제안이다. ESA의 궤도선 프로젝트 과학자 콜린 윌슨(Colin Wilson)은 이 결과가 “TGO의 가장 큰 성과가 될 수도 있다”고 말했다.

화성 화산에 관한 일반적인 질문들

화성에 활화산이 있나요?

화성에서 분화가 관측된 적은 없습니다. 일부 용암류는 수백만 년밖에 안 된 것으로 보이며, 알바 몬스 상공에서 검출된 염화수소는 지하 마그마가 여전히 가스를 방출하고 있을 수 있음을 시사하여, 행성이 소멸 상태가 아니라 휴면 상태임을 암시합니다.

알바 몬스란 무엇인가요?

알바 몬스는 북부 타르시스 지역에 있는 순상화산이며, 표면적 기준으로 화성에서 가장 큰 화산입니다. 그 용암류는 정상에서 최소 1,350킬로미터까지 뻗어 있지만, 높이는 약 6.8킬로미터에 불과합니다.

염화수소가 왜 화산 활동을 가리키나요?

지구에서 염화수소는 마그마에서 분출구와 분기공을 통해 빠져나옵니다. 화성에서는 일반적으로 따뜻한 계절에 대기 화학을 통해 나타나므로, 추운 계절에 신생 균열 위에서 발견된다는 것은 땅속에 근원이 있음을 가리킵니다.

알바 몬스 균열에 생명체가 존재할 수 있나요?

그곳에 생명체가 있다는 증거는 없습니다. 연구자들은 마그마 열이 지하 얼음과 만나면 열수 시스템이 형성될 수 있으며, 이는 지구에서 미생물이 번성하는 환경으로, 균열을 미래 탐사의 유력한 목표로 만든다고 제안합니다.

이 연구는 2026년 11월 4일 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 게재되었습니다. 처음 두 번의 추운 계절 검출은 2019년부터 2021년까지의 화성년에 이루어졌고, 확인 검색은 2022년 말부터 2024년 말까지의 화성년에 이루어졌습니다. 균열의 CaSSIS 이미지 중 하나는 2023년 2월 3일에 촬영되었습니다. 계절 모델이 기체가 알바 몬스 상공으로 돌아올 것으로 예측하는 다음 화성 북반구 초여름은 2027년 4월경에 시작되며, 트레이스 가스 오비터는 이를 찾기 위해 궤도에 남아 있습니다.

참고문헌: Trokhimovskiy et al., “Enigmatic HCl detections as a potential signature of igneous activity on Mars,” Science Advances, 2026. DOI: 10.1126/sciadv.aeb9422

태그: 천문학, 화성, esa, Alba Mons, ExoMars Trace Gas Orbiter, 염화수소