붉은 행성인 화성을 테라포밍 한다: 화성을 또 다른 지구로 바꾼다.

 

언젠가 화성을 지구처럼 만들 수 있을까? – 타일라(16세, 미시시피 주)

내가 중학교에 다닐 때 생물학 선생님이 우리 반에 SF 영화 스타트렉 III: 스팍을 찾아서를 보여 주셨다.

그 줄거리는 죽은 외계 세계를 생명이 넘치는 세계로 바꾸는 새로운 기술인 "제네시스 프로젝트"에 대한 묘사로 나를 매료시켰다.

영화를 본 후 선생님은 우리에게 그러한 기술에 대한 에세이를 쓰라고 하셨다. 현실적이었나? 윤리적이었나? 그리고 우리 내면의 스팍을 전달하기 위해: 그것이 논리적이었나? 이 임무는 나에게 큰 영향을 미쳤다.

 

오늘날에 이르러 나는 지구 너머로 인류의 존재를 확장하기 위한 기술을 개발하는 엔지니어이자 교수이다.

예를 들면 다음과 같다. 나는 우주선을 지구 궤도 너머로 이동시키기 위한 고급 추진 시스템을 연구하고 있다. 나는 달에 인간이 장기적으로 존재한다는 NASA의 목표를 지원하기 위해 달 건설 기술 개발을 돕고 있다. 그리고 나는 화성의 서식지를 3D 프린팅하는 방법을 보여주는 팀에 있었다.

지구 너머의 사람들을 유지하려면 많은 시간과 에너지, 상상력이 필요하다. 그러나 엔지니어와 과학자들은 많은 과제를 해결하기 시작했다.

2024년 6월 NASA의 퍼서비어런스 탐사선이 황량한 화성 표면을 촬영한 사진. 이미지 제공: NASA/JPL-Caltech

 

부분 체크리스트: 음식, 물, 대피소, 공기

달 다음으로 인간이 지구 너머에서 살 수 있는 다음 논리적 장소는 화성이다.

하지만 화성을 테라포밍, 즉 지구와 유사하게 변형하여 생명체가 살 수 있도록 하는 것이 가능할까? 아니면 이것은 단지 공상과학 소설의 묵상에 불과한 것일까?

화성에서 살기 위해서는 인간이 액체 물, 음식, 피난처, 그리고 숨을 쉬기에 충분한 산소가 있고 열을 유지하고 태양 복사로부터 보호할 수 있을 만큼 두꺼운 대기가 필요하다.

 

하지만 화성의 대기는 산소가 거의 없고 거의 모두 이산화탄소로 이루어져 있다. 그리고 그것은 매우 얇습니다. 밀도는 지구의 1% 정도에 불과하다.

대기의 밀도가 낮을수록 대기가 보유할 수 있는 열의 양이 적다. 지구의 대기는 온실 효과로 알려진 것에 의해 생명을 유지하는 데 필요한 열을 유지할 만큼 두껍다.

하지만 화성에서는 대기가 너무 약해서 밤 기온이 화씨 영하 150도(섭씨 영하 101도)까지 떨어지는 경우가 많다.

 

그렇다면 화성에 분위기를 조성하는 가장 좋은 방법은 무엇일까?

현재 화성에는 활화산이 없지만(적어도 우리가 아는 한) 과학자들은 핵폭발을 통해 화산 폭발을 일으킬 수 있다. 화산 깊은 곳에 갇힌 가스가 방출되어 대기 중으로 표류한다. 그러나 폭발로 인해 치명적인 방사성 물질이 공기 중으로 유입될 수도 있기 때문에 이러한 계획은 다소 혼란스럽다.

 

더 나은 아이디어: 물이 풍부한 혜성과 소행성의 방향을 바꿔 화성에 충돌시키는 것이다. 그것도 행성 표면 아래에서 대기로 가스를 방출하는 동시에 혜성에서 발견되는 물을 방출할 것이다. NASA는 이미 소행성의 방향을 바꾸는 것이 가능하다는 것을 입증했다. 그러나 변화를 일으키려면 비교적 큰 소행성과 많은 소행성이 필요하다.

 

화성을 아늑하게 만들기

지구를 가열하는 방법에는 여러 가지가 있다. 예를 들어, 우주에 건설되어 화성 주위 궤도에 배치된 거대한 거울은 햇빛을 표면에 반사하여 따뜻하게 할 수 있다.

최근 한 연구에서는 화성 식민지 주민들이 초경량 고체 물질인 에어로겔을 땅에 뿌릴 수 있다고 제안했다. 에어로겔은 단열재 역할을 하고 열을 가두어 준다. 이는 에어로겔이 기존 얼음을 녹여 액체 물을 만들 수 있는 극지방 만년설을 포함해 화성 전역에서 수행될 수 있다.

식량을 재배하려면 흙이 필요하다. 지구상에서 토양은 미네랄, 유기물, 살아있는 유기체, 가스 및 물의 다섯 가지 성분으로 구성된다.

 

그러나 화성은 레골리스(regolith)라고 불리는 먼지 같은 물질로 덮여 있다. 화성의 모래라고 생각해보라. 표토에는 건강한 식물 성장에 충분하지 않은 영양분이 거의 포함되어 있지 않으며 지구상에서 불꽃놀이와 폭발물에 사용되는 과염소산염이라는 불쾌한 화학 물질이 들어 있다.

표토를 청소하고 실행 가능한 것으로 바꾸는 것은 쉽지 않을 것이다. 외계 토양에 필요한 것은 아마도 극한 미생물을 첨가하여 만든 화성의 비료일 것이다. 가장 가혹한 조건에서도 살아남을 수 있는 지구에서 수입된 강인한 미생물이다. 유전자 조작 유기체도 가능하다.

광합성을 통해 이들 유기체는 이산화탄소를 산소로 전환하기 시작한다. 결국 화성이 지구와 유사한 유기체에 더 친숙해짐에 따라 식민지 주민들은 더 복잡한 식물과 심지어 동물까지 도입할 수 있었다.

 

산소, 물, 음식을 적절한 비율로 제공하는 것은 매우 복잡하다. 지구상에서 과학자들은 바다, 열대, 사막 서식지를 특징으로 하는 폐쇄형 생태계인 Biosphere 2에서 이를 시뮬레이션하려고 했다. Biosphere 2의 모든 환경은 통제되지만, 그곳에서도 과학자들은 균형을 맞추려고 애쓰고 있다. 대자연은 자신이 무엇을 하고 있는지 잘 알고 있다.

 

화성의 집

건물은 3D 프린팅될 수 있다. 처음에는 화성이 지구와 같은 온도와 공기를 얻을 때까지 압력을 가하고 보호해야 한다. NASA의 Moon-to-Mars 행성 자율 건설 기술 프로그램은 이를 정확히 수행하는 방법을 연구하고 있다.

더 많은 도전이 있다. 예를 들어, 지구와 달리 화성에는 태양풍과 우주 방사선으로부터 행성을 보호하는 자기권이 없다. 자기장이 없으면 생명체가 건강을 유지하기에는 너무 많은 방사선이 통과한다. 자기장을 생성하는 방법이 있지만 지금까지 과학은 매우 추측적이다.

 

사실, 내가 설명한 모든 기술은 화성을 테라포밍하는 데 필요한 규모의 현재 능력을 훨씬 뛰어넘는다. 이를 개발하려면 엄청난 양의 연구와 돈이 필요할 것이며, 아마도 단기적으로는 가능한 것보다 훨씬 더 많은 돈이 필요할 것이다. 스타트렉 III의 제네시스 장치는 몇 분 만에 행성을 테라포밍할 수 있지만 화성을 테라포밍하는 데는 수세기 또는 수천년이 걸린다.

 

그리고 사람들이 화성을 다른 지구로 바꾸기 시작하기 전에 해결해야 할 윤리적 질문이 많이 있다. 다른 행성에 그렇게 극적이고 영구적인 변화를 주는 것이 옳은가?

이 모든 것이 당신을 실망하게 만든다면, 그렇게 하지 말라. 과학자들이 화성을 테라포밍하기 위해 혁신을 일으키면 우리도 이를 활용하여 지구의 삶을 더 좋게 만들 것이다. 화성의 3D 프린팅 서식지를 위해 우리가 개발 중인 기술을 기억하시는가? 현재 나는 동일한 기술을 사용하여 이곳 지구상의 주택을 인쇄하는 과학자 및 엔지니어 그룹의 일원이다. 이는 세계의 주택 부족 문제를 해결하는 데 도움이 될 것이다.

이미지 출처: Daein Ballard / Wikimedia Commons

 

글쓴이: 스벤 빌렌

Sven G. Bilén은 펜실베니아 주립대학교의 엔지니어링 설계, 전기 공학, 항공우주 공학 교수이다. 그는 EE 부서의 통신 및 우주 과학 연구소 회원이자 연소, 동력 및 추진 센터의 회원이기도 하다. 그는 우주 시스템 공학 자격증과 학생 우주 프로그램 연구소의 창립 이사이다. 시스템 설계 연구소의 지휘를 통해 조정된 Bilén의 연구 관심 분야에는 우주 시스템 설계 분야가 포함된다. 전기역학적 밧줄; 우주선-플라즈마 상호작용; 플라즈마 진단; 소프트웨어 정의 무선 기술 및 시스템; 무선 센서 시스템; 시스템 설계; 그리고 엔지니어링 기업가 정신.