[사이언스카페] 화성을 지구로 만들 테라포밍, 기온 당장 10도 높일 수 있다

美시카고대, 먼지만 한 나노입자로 온난화 유발 제안
우주로 빠져나가는 열 화성 표면으로 되돌려
수십 년 내 30도까지 상승 가능, 기존 방법보다 5000배 효율

화성(왼쪽)이 테라포밍을 거쳐 지구와 비슷한 모습(오른쪽)으로 바뀌는 과정의 상상도./Daein Ballard/위키미디어

미국 우주기업 스페이스X의 창업자인 일론 머스크는 화성에 인류를 이주시킨다는 꿈을 갖고 있다. 이를 위해 대형 우주로켓도 개발하고 있어 머지않아 인류가 화성에 착륙하는 모습을 볼 수 있을 전망이다. 하지만 한 번 다녀오는 것이라면 가능하겠지만, 장기 체류나 영구 거주는 다른 문제다. 화성은 평균 기온이 영하 63도인 혹독한 환경이기 때문이다. 호흡할 산소도 없다.

과학자들이 머스크의 꿈을 현실로 만들 방법을 찾고 있다. 바로 ‘테라포밍(terraforming, 지구화)’이다. 이름 그대로 행성을 지구(terra. 지구를 뜻하는 라틴어)처럼 만드는 기술이다. 지난 2000년 개봉한 영화 ‘레드 플래닛’은 화성에 이끼를 심어서 산소를 만드는 기술이 등장한다. 미국 과학자들은 그보다 근본적인 대안을 제시했다. 화성에 온난화를 유발해 얼음을 녹여 물이 흐르게 하고 미생물들이 광합성을 해 산소를 생산하는 것이다. 화성이 제2의 지구가 될 수 있을까.

일론 머스크 스페이스X 창업자와 화성을 합성한 사진. 머스크는 화성에 100만명을 이주시키겠다는 계획을 발표했다./NASA/Business Insider

◇금속 나노 막대로 온난화 유발 목표

에드윈 카이트(Edwin Kite) 미국 시카고대 교수 연구진은 8일 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 “금속 나노 막대를 사용해 화성의 대기를 두텁게 하고 더 많은 열을 가둬 화성을 지구와 가까운 환경으로 만들 수 있다”고 발표했다.

19세기 말 미국의 천문학자인 퍼시벌 로웰은 화성에서 운하와 같은 지형을 발견했다. 여기서 아이디어를 얻은 SF(과학소설) 작가들이 화성을 예전처럼 물이 흐르는 곳으로 되돌리는 테라포밍을 생각하기 시작했다. 테라포밍 용어도 1942년 미국 SF 작가인 잭 윌리엄슨의 ‘충돌 궤도’에 처음으로 등장했다.

시카고대 연구진은 지구에 문제를 일으킨 온난화가 화성에는 도움이 될 수 있다고 봤다. 논문 제1 저자인 시카고대 박사 과정의 사마네 안사리(Samaneh Ansari) 연구원은 “우리 아이디어는 인위적으로 온실을 만드는 것”이라고 했다. 일단 화성에 열을 가둬 온도를 높이면 얼어있는 물이 녹고 식물이 자랄 수 있다.

연구진은 화성 먼지에 많은 철과 알루미늄을 이용해 9㎛(마이크로미터, 1㎛는 100만분의 1m) 길이의 금속 나노 막대를 만들 수 있다고 제안했다. 이 정도면 화성 먼지보다 2배 정도 크고 시중에서 파는 반짝이보다는 작다. 연구진은 화성에서 만든 나노 막대가 빛과 어떻게 상호작용할지 컴퓨터로 시뮬레이션(가상실험)을 진행했다.

실험 결과 나노 막대를 매년 200만t씩 10~100m 상공에 주입하면 몇 년 안에 30도까지 기온을 올릴 수 있다고 나왔다. 나노 막대를 방출한 지 몇 달만 지나도 바로 10도가 올라가는 것으로 나타났다. 또 이산화탄소가 휘발하면서 몇 달 안에 대기압도 최소 20% 이상 상승하고 장기적으로 두 배 이상 상승하는 것으로 예측됐다. 나노 막대는 화성 먼지보다 10배나 느리게 가라앉아 온난화 효과가 오래 간다고 연구진은 설명했다.

이전에도 화성에 온난화를 유발해 테라포밍하자는 연구들이 있었다. 2005년 미 항공우주국(NASA·나사) 에임즈연구소는 강력한 온실가스인 염화불화탄소를 수억t 방출해 화성을 온난화시킬 수 있다고 제안했다. 염화불화탄소는 헤어스프레이에 들어가던 물질이다. 미국 하버드대와 영국 에든버러대 연구진은 2019년 모래 성분인 실리카로 만든 에어로겔을 화성 표면에 깔아 열을 가두면서 동시에 해로운 자외선을 차단하는 방법을 제안했다. 실리카 에어로겔은 유리를 만드는 규소가 산소와 결합한 이산화규소가 성글게 얽혀 있는 물질이다.

하지만 두 가지 방법은 비용이라는 걸림돌을 극복하기 힘들다. 화성에는 염화불화탄소가 드물고 실리카 에어로겔은 직접 만들어야 한다. 그러려면 지구에서 엄청난 양의 물질을 운반해야 하는데, 오늘날 우주로켓으로는 거의 불가능하다. 시카고대 연구진은 금속 나노 막대를 이용하면 온난화에 그보다 5000배 더 효율적이면서도 무엇보다 나노 막대는 현지 조달이 가능하다는 장점이 있다고 밝혔다.

영화 마션에서 낙오된 우주인이 기지 안에서 감자를 키우며 생존하는 모습. 화성을 지구 환경으로 바꾸는 테라포밍이 이뤄지면 감자밭을 기지 밖에 일굴 수 있다./20세기 폭스

◇산소 만들려면 광합성 미생물이 필요

온도가 오른다고 테라포밍이 완성되는 것은 아니다. 영국 개방대의 박사후연구원인 후안 알데이(Juan Alday) 박사는 사이언스지에 “온도를 높이는 것은 화성에서 도움 없이 자립하는 데 필요한 것 중 하나일 뿐”이라고 말했다.

화성 대기 중 산소의 비율은 0.1%에 불과하다. 지구는 21%이다. 또 화성의 기압은 지구보다 150분의 1에 불과해 인간의 피를 끓을 수 있다. 기압이 낮아지면 액체의 끓는점도 낮아지기 때문이다. 화성에는 오존층이 없어 태양에서 오는 해로운 자외선으로부터 보호받을 수 없다. 화성의 토양은 온도가 높아져도 여전히 염분이 너무 많고 독성이 있어 농작물을 재배하기 어렵다. 온도를 높이는 것이 화성에 거주할 수 있는 마법의 스위치는 아니라는 말이다.

연구진도 이런 지적에 동의했다. 화성의 온도를 높이는 것만으로는 행성 표면에 산소 광합성 생명체가 살 수 있는 환경을 조성하기에 충분하지 않다는 것이다. 연구진은 테라포밍을 위한 새로운 생명체를 도입할 필요성이 있다고 제안했다. 미생물이 기온이 오르고 물이 있는 화성 환경에서 생존할 수 있도록 합성생물학 기법으로 유전자를 최적화하자는 것이다. 미생물이 번성하면 나중에 식물도 자랄 수 있다.

영화 ‘마션’에서 화성에 낙오된 주인공이 우주기지 안에서 감자 농사를 짓는 장면이 나온다. 테라포밍이 진행되면 감자밭을 기지 밖에서 일굴 수 있다. 일론 머스크가 화성에서 키운 감자를 먹는 모습이 기다려진다.

참고 자료

Science Advances(2024), DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adn4650

Nature Astronomy(2019), DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-019-0813-0

Journal of Geophysical Research: Planets(2005), DOI: https://doi.org/10.1029/2004JE002306

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