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화성의 생명체

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목차

1. 개요

화성의 생명체는 화성에서 생명체의 존재 가능성에 대한 연구를 다룬다. 17세기부터 화성의 극관 관측을 통해 생명체 존재에 대한 추측이 시작되었으며, 19세기에는 화성 운하 관측으로 대중적 관심이 증폭되었다. 그러나 분광법 분석과 망원경 관측을 통해 화성 대기에는 물과 산소가 없다는 것이 밝혀지면서, 생명체 존재에 대한 회의적인 시각이 제기되었다. 1965년 마리너 4호 탐사선의 탐사 결과는 생명체의 흔적을 찾을 수 없음을 보여주었고, 이후 바이킹 탐사선의 생물학 실험에서도 긍정적인 결과를 얻지 못했다. 화성 운석 연구를 통해 과거 생명체의 증거를 찾으려는 시도가 있었지만, 논란이 지속되고 있다. 현재는 화성의 물과 거주 가능성, 메탄, 실리카, 질소 고정, 그리고 유해 환경 요소에 대한 연구가 진행 중이며, 큐리오시티 로버와 퍼서비어런스 로버를 통해 화성 탐사가 지속되고 있다.

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화성의 생명체

2. 초기 추측 및 관측

화성의 극관은 17세기 중반에 발견되었다.[19] 18세기 후반, 윌리엄 허셜은 극관이 각 반구의 여름과 겨울에 번갈아 가며 커지고 줄어든다는 것을 증명했다. 19세기 중반까지 천문학자들은 화성이 지구와 화성의 하루 길이가 거의 같고, 자전축 기울기가 비슷하여 계절을 겪는다는 점 등 여러 유사점을 가지고 있다는 것을 알게 되었다. 이러한 관측은 어두운 알베도 특징이 물이고 밝은 것이 땅이라는 추측으로 이어졌고, 화성에 어떤 형태의 생명체가 살고 있을지도 모른다는 추측이 제기되었다.[19]

1854년, 케임브리지 트리니티 칼리지의 연구원인 윌리엄 휠웰은 화성에 바다, 육지 및 생명체가 있을 수 있다고 이론화했다.[20] 19세기 후반, 조반니 스키아파렐리와 퍼시벌 로웰이 관측한 화성 운하는 착시 현상으로 밝혀졌지만, 화성 문명 존재에 대한 대중적 관심을 증폭시켰다.[21][22] 퍼시벌 로웰은 자신의 저서 ''화성''(1895)과 ''화성과 그 운하''(1906)를 통해 운하가 오래전에 사라진 문명의 작품이라고 주장했다.[21][22] 이 아이디어는 H. G. 웰스가 1897년에 화성인의 지구 침략을 그린 소설 ''우주 전쟁''을 쓰도록 이끌었다.[23]

1907년 영국 박물학자 알프레드 러셀 월리스는 자신의 저서 ''화성은 거주 가능한가?''에서 월리스의 책은 화성이 "로웰 씨가 가정하는 것과 같은 지적인 존재가 살지 않을 뿐만 아니라 절대적으로 거주할 수 없다"고 결론지었다.[24]

1894년, 미국의 천문학자 윌리엄 월리스 캠벨은 분광법 분석을 통해 화성 대기에 물과 산소가 존재하지 않는다는 것을 보여주었다.[26] 1909년, 외젠 앙토니아디는 뫼동 천문대에서 망원경을 사용하여 운하를 전혀 발견하지 못했고, 피크 뒤 미디 드 빅고르 천문대에서 찍은 사진 또한 화성 운하 이론에 공식적인 불신을 가져왔다.[27]

3. 마리너 4호와 화성 탐사의 전환점

마리너 4호 탐사선은 1965년 화성 행성의 첫 번째 성공적인 행성 통과 비행을 수행하여 화성 표면의 첫 번째 사진을 전송했다.[26] 사진들은 강, 바다, 또는 생명체의 흔적이 없는 건조한 화성을 보여주었다. 또한 (최소한 사진이 촬영된 부분은) 충돌구로 덮여 있어 지난 40억 년 동안 판 이동과 풍화 작용이 없었음을 나타냈다. 이 탐사선은 또한 화성이 잠재적으로 생명을 위협하는 우주선으로부터 행성을 보호할 수 있는 자기권이 없다는 것을 발견했다. 이 탐사선은 행성의 대기압을 약 0.6 kPa로 계산했는데 (지구의 101.3 kPa에 비해), 이는 액체 상태의 물이 행성 표면에 존재할 수 없다는 것을 의미한다.[26][314] 마리너 4호 이후, 화성에서의 생명체 탐색은 다세포 생물 대신 박테리아와 같은 생명체를 찾는 것으로 바뀌었는데, 환경이 이러한 생물들에게는 너무 가혹했기 때문이다.[26][265][266]

4. 바이킹 탐사선의 생물학 실험

1970년대 바이킹 계획은 화성 표면에 두 대의 동일한 착륙선을 보내 표면에서 미생물의 생체 지표를 찾는 임무를 수행했다.[26] '표지 방출'(LR) 실험은 대사에 대한 긍정적인 결과를 보였지만, 가스 크로마토그래피-질량 분석기는 유기 화합물을 감지하지 못했다.[26]

1970년대 중반 바이킹 탐사선의 주요 임무는 화성 토양에서 미생물을 탐지하기 위한 실험을 수행하는 것이었다.[270] 네 가지 실험 중 표지 방출(LR) 실험만이 긍정적인 결과를 보였다.[270] 모든 과학자들은 바이킹 임무의 두 가지 점, 즉 표지 방출 실험에서 방사성 동위원소 14CO2가 생성되었고, GCMS가 유기 분자를 감지하지 못했다는 것에 동의한다.[271] 2011년 우주생물학 교과서는 "대부분의 바이킹 과학자들에게 최종 결론은 ''바이킹'' 임무가 화성 토양에서 생명체를 탐지하는 데 실패했다는 것이었다"고 적고 있다.[271]

노먼 호로위츠는 1965년부터 1976년까지 마리너와 바이킹 임무를 담당하는 제트 추진 연구소 생명과학부의 책임자였다.[272]

표지 방출 실험의 설계자 중 한 명인 길버트 레빈은 자신의 결과가 화성 생명체의 결정적인 진단이라고 믿고 있다.[26] 그러나 많은 과학자들이 레빈의 해석에 이의를 제기한다.[273] 다른 과학자들은 토양의 과산화물이 생명체가 없어도 이러한 효과를 냈을 수 있다고 주장한다.[275] 거의 일반적인 합의는 표지 방출 데이터를 생명체의 증거로 폐기했는데, 이는 자연 유기물을 식별하도록 설계된 가스 크로마토그래프와 질량 분광기가 유기 분자를 감지하지 못했기 때문이다.[276]

2007년, 카네기 연구소 (미국 워싱턴 D.C.)의 지구물리학 연구소 세미나에서 길버트 레빈의 연구가 다시 한 번 평가되었다.[276] 레빈은 긍정 및 부정 대조 실험이 적절했으므로 자신의 원래 데이터가 정확하다고 여전히 주장한다.[280]

국립 멕시코 자치 대학교의 라파엘 나바로-곤잘레스가 이끄는 연구팀은 바이킹 계획에서 유기 분자를 검색하는 데 사용된 GCMS 장비(TV-GC-MS)가 낮은 수준의 유기물을 감지할 만큼 민감하지 않을 수 있다고 결론지었다.[201] ''바이킹''의 GCMS 실험의 수석 연구원인 클라우스 비먼은 반박문을 썼다.[283]

피닉스 착륙선에 의해 화성에서 과염소산염이 발견된 후,[202] 나바로-곤잘레스와 거의 동일한 연구팀은 바이킹 GCMS 결과가 과염소산염의 존재로 인해 손상되었다고 주장하는 논문을 발표했다.[284]

4. 1. ''Gillevinia straata'' (길레비니아 스트라타) 논쟁

''Gillevinia straata'' (길레비니아 스트라타) 형태로 화성의 생명체가 존재한다는 주장은 주로 길버트 레빈[315], 라파엘 곤잘레스[321], 로널드 펩[320] 등의 오래된 데이터 재해석에 근거한다. ''Gillevinia straata''라는 미생물의 존재를 지지하는 근거는 바이킹 1호와 바이킹 2호가 수집한 데이터를 기반으로 하지만, 그 분석 결과는 공식적으로 결론에 도달하지 못했다[314].

2006년, 부에노스 아이레스의 보르다 병원에서 근무하는 신경생물학자 마리오 크로코는 이러한 결과에 대응하는 새로운 분류학을 창출할 것을 제안했다. 크로코는 계 수준에 새로운 분류군을 설정하고, 다음과 같이 할 것을 제안했다.

  • 생활 시스템: 솔라리움
  • 생물권: 화성
  • 계: 야코비아 (''Jakobia'', 신경생물학자 크리스프리드 야코브에서 유래)
  • 속과 종: ''Gillevinia straata''


크로코가 제안한 분류학은 학계에서 받아들여지지 않았고, 무명으로 간주되었으며, 그 이후의 화성 탐사에서도 생체 물질의 흔적은 발견되지 않았다.

5. 화성 운석 연구

2018년 기준으로 224개의 화성 운석이 지구에서 발견되었다(일부는 여러 조각으로 발견됨).[206] 이는 지구의 실험실에서 얻을 수 있는 화성의 유일한 물리적 표본이기 때문에 매우 중요하다. 일부 연구자들은 ALH84001에서 발견된 미세한 형태학적 특징이 생물형태라고 주장했지만, 이러한 해석은 매우 논란이 많았으며 이 분야의 대다수 연구자들은 이를 지지하지 않는다.[207]

과거 지구의 지질학적 표본 내 생명체를 인식하기 위해 7가지 기준이 확립되었다. 그 기준은 다음과 같다.[207]

# 표본의 지질학적 맥락이 과거 생명체와 일치하는가?

# 표본의 연대와 층서학적 위치가 가능한 생명체와 일치하는가?

# 표본에 세포 형태와 군집의 증거가 있는가?

# 화학적 또는 광물 불균형을 보이는 생물 광물의 증거가 있는가?

# 생물학에 고유한 안정 동위 원소 패턴의 증거가 있는가?

# 유기 생체 지표가 존재하는가?

# 특징이 표본에 고유한가?

지질학적 표본에서 과거 생명체의 일반적인 인정을 위해서는 본질적으로 이러한 기준의 대부분 또는 전부가 충족되어야 한다. 모든 화성 표본에 대해 7가지 기준이 아직 충족되지 않았다.[207]

미국 항공 우주국(NASA)은 최소 57개의 화성 운석 카탈로그를 소지하고 있으며[323], 입수 가능한 유일한 화성의 물리적 샘플로서 매우 귀중하다. 연구를 통해 최소 3개에서 과거 화성의 생명체 흔적이 확인되어, 화성에 생명체가 존재한다는 추측이 커졌다. 얻어진 과학적 사실은 신뢰할 수 있지만, 그 해석은 다양하다. 지금까지 오해를 불러일으키는 보도 발표 등은 여러 번 있었지만[324], 과학적 사실 자체에 치명적인 오류가 지적된 적은 한 번도 없다.

지난 수십 년 동안 지구의 지질학적 샘플에서 과거 생명체의 흔적을 인정하는 7가지 기준이 확립되었다. 그 기준은,

# 샘플의 지질학적 상황이 과거 생명체와 공존할 수 있는가

# 샘플의 연대와 층의 위치가 과거 생명체와 공존할 수 있는가

# 샘플 안에 세포 군집의 증거가 포함되어 있는가

# 화학적, 광물학적 비평형을 갖는 생체 광물의 증거가 있는가

# 생물에 특이적인 안정 동위 원소 조성 패턴의 증거가 있는가

# 유기적인 생물 지표 화합물이 존재하는가

# 샘플에 고유한 특징이 존재하는가

이다[324].

지질학적 샘플이 과거 생명체의 흔적으로 인정되기 위해서는 위의 기준을 모두 충족해야 한다.

ALH84001


ALH84001는 1984년 12월 남극에서 남극 운석 탐사 프로그램의 일원에 의해 발견된 1.93kg의 운석이다.[325] 이 표본은 약 1700만 년 전에 화성을 떠나 1만 1000년 전에 남극의 빙상에 떨어진 것으로 추정된다.

1996년, NASA 과학자 그룹은 ALH84001에서 미세한 특징과 지구화학적 이상 현상을 발견하고, 과거 화성 박테리아가 존재했음을 보여주는 증거라고 주장했다.[208][209] 이 특징 중 일부는 지구 박테리아와 유사했지만, 알려진 어떤 생명체보다 훨씬 작았다. 그러나 이 주장은 많은 논란을 일으켰고, 결국 맥케이 팀이 생명체의 증거로 인용한 모든 증거는 비생물학적 과정으로 설명될 수 있다는 것이 밝혀졌다.[208][209] 과학계는 ALH 84001에 고대 화성 생명체의 증거가 있다는 주장을 대체로 거부했지만, 이와 관련된 논쟁은 현재 외생물학 발전의 역사적으로 중요한 순간으로 여겨진다.[208][209]

NASA의 성분 분석 결과, 특정 생명 활동에 의해서만 생성되는 지구와 유사한 자철광이 발견되었다.[324] 2002년 8월, 토마스 케플러 등 NASA의 다른 연구팀은 알렌힐스 84001 속 자철광의 25%가 단일 크기의 작은 결정으로 구성되어 생명 활동에 의해 생성되었을 가능성이 높고, 나머지 부분은 일반적인 무기 자철광이라는 연구 결과를 보고했다. 또한, 자철광은 수중에서 비교적 낮은 온도에서 이차 광물화를 거쳤음을 보여주며, 액체 상태의 물이 존재했음을 시사한다. 다환 방향족 탄화수소의 존재가 확인되었으며, 표면에서 멀어질수록 그 비율이 높아지는 것으로 나타났다.

일부 구조는 지구상에서 세균이나 그 섬유, 부산물로부터 생성되는 광물과 유사하다.[326][327] 또한 크기와 형태는 지구의 화석에 포함된 나노박테리아와 일치하지만, 나노박테리아의 존재 자체에 대한 논쟁이 여전히 존재한다.

나클라 운석은 1911년 6월 28일 이집트 알렉산드리아의 나클라 지역에 떨어진 운석이다.[210][211][328][329]

나클라 운석


1998년, NASA의 존슨 우주 센터 팀은 분석을 위해 작은 표본을 얻었다. 연구자들은 지구 밖의 수성 변환 단계와 지구의 화석화된 나노박테리아와 일치하는 크기와 모양의 물체를 발견했다.[212][330] 2000년 기체 크로마토그래피 및 질량 분석법(GC-MS)을 이용한 분석 결과, 나클라 운석의 고분자량 다환 방향족 탄화수소에 대해 NASA 과학자들은 나클라 운석의 유기 화합물의 최대 75%가 "최근의 지구 오염이 아닐 수 있다"고 결론 내렸다.[207][213][324][331]

2006년 NASA는 런던 자연사 박물관에서 추가로 더 큰 표본을 확보하여, 큰 수지상 탄소 함량을 관찰하였다.[332] 2006년에 결과와 증거가 발표되었을 때, 일부 독립적인 연구자들은 탄소 침전물이 생물학적 기원이라고 주장했다. 그러나 탄소는 우주에서 네 번째로 풍부한 원소이므로, 흥미로운 패턴으로 발견되는 것은 생물학적 기원을 나타내거나 시사하는 것이 아니라고 언급되었다.[214][215][333]

셰르고티 운석은 1865년 8월 25일 인도 셰르고티에 떨어진 4kg의 화성 운석으로, 목격자들에 의해 거의 즉시 회수되었다.[216][334] 이 운석은 주로 휘석으로 구성되어 있으며 수 세기 동안의 지구 외 수성 변질을 겪은 것으로 추정된다. 내부의 특정 특징들은 생물막과 관련된 미생물 공동체의 잔재를 시사한다.[207][324]

야마토 000593은 지구에서 발견된 두 번째로 큰 운석이다.[217][218][219] 연구에 따르면 이 화성 운석은 약 13억 년 전에 화성의 용암류에서 형성되었다. 약 1,200만 년 전에 화성에서 충돌이 발생하여 운석이 화성 표면에서 우주로 튕겨져 나왔다. 이 운석은 약 5만 년 전에 남극에 떨어졌다.[217][218][219] 이 운석의 질량은 13.7kg이며, 과거 물의 이동의 증거를 포함하고 있는 것으로 밝혀졌다.[217][218][219] 미세한 수준에서, 이러한 구체가 없는 주변 지역에 비해 탄소가 풍부한 화성 구체가 운석에서 발견된다. NASA 과학자들에 따르면, 탄소 함유량이 높은 구체는 생물학적 활동에 의해 형성되었을 수 있다.[217][218][219]

생물과 기질 간의 상호 작용과 그 산물은 지구에서 생물학적 행동의 직접적인 증거를 나타내므로 중요한 생체 신호이다.[220] 생명체와 기질 간의 상호 작용의 화석화된 산물(이화석)의 발견은 지구 생명체의 초기 역사에서 생물학적 활동, 예를 들어 원생대 굴, 시생대 미세 천공 및 스트로마톨라이트를 밝혀냈다.[221][222][223][224][225][226] 화성에서는 두 가지 주요 이화석 유사 구조가 보고되었다.

화성 탐사 로버 ''큐리오시티''에 의한 베라 루빈 능선 관측 결과, 게일 크레이터 내의 강호 환경에서 퇴적된 퇴적암에서 밀리미터 크기의 길쭉한 구조가 발견되었다. 형태 측정 및 위상학적 데이터는 화성의 지질학적 특징 중 막대 모양 구조에 고유하며, 이화석은 이러한 독특한 특징의 가장 가까운 형태학적 유사체 중 하나임을 보여준다.[227] 그럼에도 불구하고, 사용 가능한 데이터로는 구조의 유전적 과정으로서의 퇴적 균열 및 증발 결정 성장을 포함하는 두 가지 주요 비생물적 가설을 완전히 반증할 수 없다.

화성 운석에서 발견된 미세 터널은 직선에서 곡선으로 이어지는 미세 터널로 구성되어 있으며, 탄소 풍부도가 높은 영역을 포함할 수 있다. 곡선형 미세 터널의 형태는 현무암 유리에서 관찰되는 미생물 침식 흔적을 포함하여 지구상의 생물 기원 흔적과 일치한다.[228][229][226] 생물 기원을 확인하기 위해서는 추가 연구가 필요하다.

5. 1. ALH84001



ALH84001는 1984년 12월 남극에서 남극 운석 탐사 프로그램의 일원에 의해 발견된 1.93kg의 운석이다.[325] 이 표본은 약 1700만 년 전에 화성을 떠나 1만 1000년 전에 남극의 빙상에 떨어진 것으로 추정된다.

1996년, NASA 과학자 그룹은 ALH84001에서 미세한 특징과 지구화학적 이상 현상을 발견하고, 과거 화성 박테리아가 존재했음을 보여주는 증거라고 주장했다.[208][209] 이 특징 중 일부는 지구 박테리아와 유사했지만, 알려진 어떤 생명체보다 훨씬 작았다. 그러나 이 주장은 많은 논란을 일으켰고, 결국 맥케이 팀이 생명체의 증거로 인용한 모든 증거는 비생물학적 과정으로 설명될 수 있다는 것이 밝혀졌다.[208][209] 과학계는 ALH 84001에 고대 화성 생명체의 증거가 있다는 주장을 대체로 거부했지만, 이와 관련된 논쟁은 현재 외생물학 발전의 역사적으로 중요한 순간으로 여겨진다.[208][209]

NASA의 성분 분석 결과, 특정 생명 활동에 의해서만 생성되는 지구와 유사한 자철광이 발견되었다.[324] 2002년 8월, 토마스 케플러 등 NASA의 다른 연구팀은 알렌힐스 84001 속 자철광의 25%가 단일 크기의 작은 결정으로 구성되어 생명 활동에 의해 생성되었을 가능성이 높고, 나머지 부분은 일반적인 무기 자철광이라는 연구 결과를 보고했다. 또한, 자철광은 수중에서 비교적 낮은 온도에서 이차 광물화를 거쳤음을 보여주며, 액체 상태의 물이 존재했음을 시사한다. 다환 방향족 탄화수소의 존재가 확인되었으며, 표면에서 멀어질수록 그 비율이 높아지는 것으로 나타났다.

일부 구조는 지구상에서 세균이나 그 섬유, 부산물로부터 생성되는 광물과 유사하다.[326][327] 또한 크기와 형태는 지구의 화석에 포함된 나노박테리아와 일치하지만, 나노박테리아의 존재 자체에 대한 논쟁이 여전히 존재한다.

5. 2. 나클라 운석

나클라 운석은 1911년 6월 28일 이집트 알렉산드리아의 나클라 지역에 떨어진 운석이다.[210][211][328][329]

1998년, NASA의 존슨 우주 센터 팀은 분석을 위해 작은 표본을 얻었다. 연구자들은 지구 밖의 수성 변환 단계와 지구의 화석화된 나노박테리아와 일치하는 크기와 모양의 물체를 발견했다.[212][330] 2000년 기체 크로마토그래피 및 질량 분석법(GC-MS)을 이용한 분석 결과, 나클라 운석의 고분자량 다환 방향족 탄화수소에 대해 NASA 과학자들은 나클라 운석의 유기 화합물의 최대 75%가 "최근의 지구 오염이 아닐 수 있다"고 결론 내렸다.[207][213][324][331]

2006년 NASA는 런던 자연사 박물관에서 추가로 더 큰 표본을 확보하여, 큰 수지상 탄소 함량을 관찰하였다.[332] 2006년에 결과와 증거가 발표되었을 때, 일부 독립적인 연구자들은 탄소 침전물이 생물학적 기원이라고 주장했다. 그러나 탄소는 우주에서 네 번째로 풍부한 원소이므로, 흥미로운 패턴으로 발견되는 것은 생물학적 기원을 나타내거나 시사하는 것이 아니라고 언급되었다.[214][215][333]

5. 3. 셰르고티 운석

셰르고티 운석은 1865년 8월 25일 인도 셰르고티에 떨어진 4kg의 화성 운석으로, 목격자들에 의해 거의 즉시 회수되었다.[216][334] 이 운석은 주로 휘석으로 구성되어 있으며 수 세기 동안의 지구 외 수성 변질을 겪은 것으로 추정된다. 내부의 특정 특징들은 생물막과 관련된 미생물 공동체의 잔재를 시사한다.[207][324]

5. 4. 야마토 000593

야마토 000593은 지구에서 발견된 두 번째로 큰 운석이다.[217][218][219] 연구에 따르면 이 화성 운석은 약 13억 년 전에 화성의 용암류에서 형성되었다. 약 1,200만 년 전에 화성에서 충돌이 발생하여 운석이 화성 표면에서 우주로 튕겨져 나왔다. 이 운석은 약 5만 년 전에 남극에 떨어졌다.[217][218][219] 이 운석의 질량은 13.7kg이며, 과거 물의 이동의 증거를 포함하고 있는 것으로 밝혀졌다.[217][218][219] 미세한 수준에서, 이러한 구체가 없는 주변 지역에 비해 탄소가 풍부한 화성 구체가 운석에서 발견된다. NASA 과학자들에 따르면, 탄소 함유량이 높은 구체는 생물학적 활동에 의해 형성되었을 수 있다.[217][218][219]

5. 5. 이화석 유사 구조

생물과 기질 간의 상호 작용과 그 산물은 지구에서 생물학적 행동의 직접적인 증거를 나타내므로 중요한 생체 신호이다.[220] 생명체와 기질 간의 상호 작용의 화석화된 산물(이화석)의 발견은 지구 생명체의 초기 역사에서 생물학적 활동, 예를 들어 원생대 굴, 시생대 미세 천공 및 스트로마톨라이트를 밝혀냈다.[221][222][223][224][225][226] 화성에서는 두 가지 주요 이화석 유사 구조가 보고되었다.

화성 탐사 로버 ''큐리오시티''에 의한 베라 루빈 능선 관측 결과, 게일 크레이터 내의 강호 환경에서 퇴적된 퇴적암에서 밀리미터 크기의 길쭉한 구조가 발견되었다. 형태 측정 및 위상학적 데이터는 화성의 지질학적 특징 중 막대 모양 구조에 고유하며, 이화석은 이러한 독특한 특징의 가장 가까운 형태학적 유사체 중 하나임을 보여준다.[227] 그럼에도 불구하고, 사용 가능한 데이터로는 구조의 유전적 과정으로서의 퇴적 균열 및 증발 결정 성장을 포함하는 두 가지 주요 비생물적 가설을 완전히 반증할 수 없다.

화성 운석에서 발견된 미세 터널은 직선에서 곡선으로 이어지는 미세 터널로 구성되어 있으며, 탄소 풍부도가 높은 영역을 포함할 수 있다. 곡선형 미세 터널의 형태는 현무암 유리에서 관찰되는 미생물 침식 흔적을 포함하여 지구상의 생물 기원 흔적과 일치한다.[228][229][226] 생물 기원을 확인하기 위해서는 추가 연구가 필요하다.

6. 화성의 물과 거주 가능성

액체 상태의 물은 생명체 존재에 필수적인 요소로 여겨지기 때문에, 화성의 생명체를 찾기 위한 탐사에서 중요한 목표 중 하나이다.[105]

거주 가능성 요소[30]
물
화학적 환경 | 독소의 풍부도 및 치사율: }}
신진대사를 위한 에너지}}
유리한
물리적 조건



== 과거의 물 ==

과거 화성은 따뜻하고 습윤한 환경이었을 가능성이 제기된다. 광물학적 증거와 형태학적 증거는 헤스페리아 중기부터 거주 가능성이 저하되었음을 나타낸다.[36] 정확한 원인은 불분명하지만, 초기 대기 손실, 충돌 침식 등의 과정과 관련이 있을 수 있다.[36] 화성의 자기권 손실은 대기 손실과 방사선 증가를 통해 표면 환경에 큰 영향을 미쳐, 표면 서식 가능성을 상당히 저하시켰다.[39] 자기장이 존재했을 때 대기는 태양풍에 의한 침식으로부터 보호되어, 화성 표면에 액체 상태의 물이 존재하기 위해 필요한 조밀한 대기를 유지하는 데 기여했을 것이다.[40]



분화구를 형성하는 충돌이나 화산 활동은 지각에 얼음이 존재할 때 오래 지속되는 온천 열수 시스템을 생성하여 미생물 발생에 유리한 조건을 제공했을 수 있다.[36][41]

2013년, NASA의 ''큐리오시티'' 로버는 게일 분화구에서 황, 질소, 수소, 산소, 인, 탄소 등의 생명체 핵심 화학 성분과 점토 광물을 확인함으로써, 고대 담수호의 존재를 시사하는 증거를 발견했다.[42] 이는 미생물 생명체에 친숙한 환경이었을 가능성을 보여준다.[43][44] 2018년, ''큐리오시티'' 로버는 30억 년 된 퇴적암에서 유기 분자를 발견하여 생명체의 구성 요소 중 일부가 존재했음을 나타냈다.[50][51][52][53]

2024년, ''큐리오시티''의 샘플링 결과는 초기 화성 대기가 생명체에 친숙한 표면수를 지원하기에는 불안정했을 가능성을 제시하며, 급격한 습윤-건조 주기와 매우 높은 염도의 극저온 염수가 가능한 설명으로 제시되었다.[54][55]

과거 화성에 액체 상태의 물이 존재했다는 증거는 마스 익스플로레이션 로버 미션을 통해 발견된 적철광과 같은 광물, 그리고 마스 글로벌 서베이어가 촬영한 수로와 같은 지형 등에서 찾을 수 있다.[335] 2004년 유럽 우주국(ESA)은 마스 익스프레스를 이용해 화성 남극 부근에서 대량의 얼음 축적을 직접 감지했다.[338]

오퍼튜니티가 촬영한 화성 암석의 현미경 사진. 구형 물체는 과거 물의 작용으로 만들어진 것으로 추정된다.


== 현재의 물 ==

화성에 생명체가 존재했거나 존재한다면, 그 증거는 현재의 혹독한 표면 조건에서 벗어난 지하에서 발견되거나 가장 잘 보존될 가능성이 높다.[56] 현재 화성의 생명체나 생물학적 지표는 표면 수 킬로미터 아래, 지하 열수 분출구, 또는 표면 몇 미터 아래에서 발견될 수 있다. 화성의 영구 동토층은 표면에서 불과 몇 센티미터 아래에 있으며, 염분이 있는 염수는 그 아래 몇 센티미터에서 액체 상태로 존재할 수 있지만, 깊은 곳에서는 액체 상태로 존재하기 어렵다. 헬라스 분지의 가장 깊은 지점에서도 물은 끓는점에 가깝기 때문에, 지하수의 갑작스러운 방출을 제외하고는 현재 화성 표면에서 오랫동안 액체 상태를 유지할 수 없다.[57][58][59]

NASA는 ''바이킹'' 탐사 이후 화성에서 "물을 따라가는" 전략을 추구해 왔으며, 생물학적 지표를 직접 탐색하지 않았다. 천문 생물학자들은 현재 생존 가능한 환경을 찾기 위해 화성 지하에 접근해야 할 수도 있다는 데 의견을 같이한다.[56]

반복 경사면 선(RSL)은 해당 지역 기온이 얼음의 녹는점을 넘을 때 태양을 향한 경사면에서 형성된다. 이 줄무늬는 봄에 성장하고 늦여름에 넓어지며 가을에 사라진다. 이 줄무늬 자체가 표토 습도의 직접적인 지표는 아니지만, 어떤 형태로든 액체 물을 포함하지 않고는 모델링하기 어렵다. 이러한 특징은 액체 물을 포함하는 것으로 확인되었지만, 물은 생명체에게 너무 차갑거나 짤 수 있다. 현재는 "특별 지역으로 취급해야 하는 불확실한 지역"으로 잠재적 생존 가능성이 있는 곳으로 간주된다.[90][91] 당시에는 흐르는 염수를 포함하는 것으로 의심되었다.[92][93][94][95]

물의 열역학적 가용성(수분 활성도)은 지구에서 미생물 번식을 엄격하게 제한하며, 특히 고염 환경에서 그렇다. 화성의 염수 이온 강도가 생존 가능성에 장벽이 된다는 징후가 있다. 실험 결과에 따르면, 흔하게 발생하는 2가 이온에 의해 화성에서 극단적으로 높아진 높은 이온 강도는 "생물학적으로 이용 가능한 물이 존재하더라도 이러한 환경을 생존 불가능하게 만든다."[96]

액체 상태의 물은 인간이 아는 생명체에게 필요하지만 충분 조건은 아니며, 생명 가능성은 수많은 환경 변수의 함수이다.[105] 액체 상태의 물은 가장 낮은 고도에서 몇 분 또는 몇 시간 동안을 제외하고는 화성 표면에 존재할 수 없다.[106][107] 액체 상태의 물은 표면 자체에서는 나타나지 않지만,[108] 태양에 의해 가열된 눈 속의 먼지 입자 주변에 극소량으로 형성될 수 있다.[109][110] 또한, 땅 밑의 고대 적도 빙상은 동굴을 통해 표면에서 접근할 수 있으며, 서서히 승화되거나 녹을 수 있다.[111][112][113][114]

화성의 물은 거의 전적으로 화성 극지 빙하와 비교적 온화한 위도에서도 얕은 화성 표면 아래에 위치한 물 얼음 형태로 존재한다.[115][116] 소량의 수증기가 화성 대기에 존재한다.[117] 화성 표면에는 액체 상태의 물이 없는데, 이는 수증기압이 1 Pa 미만이기 때문이며,[118] 표면의 대기압은 평균 600Pa로, 지구 평균 해수면 압력의 약 0.6%이며, 온도가 너무 낮아(210K) 즉시 얼어붙기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 약 38억 년 전,[119] 더 조밀한 화성 대기와 더 높은 온도, 그리고 넓은 양의 액체 상태의 물이 표면에 흘렀으며,[120][121][122][123] 거대한 대양을 포함했다.[124][125][126][127][128]

화성의 과거 물 분포에 대한 일련의 예술적 개념


화성 남극 평원
빙하 하 물의 위치(2018년 7월 25일)


화성의 원시 대양은 행성의 36%[129]에서 75%[130]를 덮었을 것으로 추정된다. 2016년 11월 22일, NASA는 화성의 유토피아 평원 지역에서 대량의 지하 얼음을 발견했다고 보고했다. 감지된 물의 양은 슈페리어 호의 물의 양과 동일한 것으로 추정된다.[131][132][133]

궤도 분광법으로 얻은 데이터를 사용하여 화성 사암을 분석한 결과, 이전에 화성 표면에 존재했던 물은 대부분의 지구형 생명체를 지원하기에는 염도가 너무 높았을 것으로 보인다. Tosca 외 연구진은 연구한 위치의 화성 물이 모두 수분 활성도 aw ≤ 0.78 to 0.86을 가지고 있음을 발견했는데, 이는 대부분의 육상 생명체에게 치명적인 수준이다.[134] 그러나 할로아르케아는 포화점까지 고염 용액에서 생존할 수 있다.[135]

2000년 6월, 홍수와 같은 협곡의 형태로 화성 표면에 현재 액체 상태의 물이 흐르고 있다는 가능한 증거가 발견되었다.[136][137] 2006년에 마스 글로벌 서베이어에 의해 촬영된 추가적인 유사한 이미지는 물이 가끔 화성 표면을 흐르고 있음을 시사했다.

최근의 협곡 줄무늬가 액체 상태의 물에 의해 형성되었는지에 대해 과학계에서는 의견이 일치하지 않는다. 일부에서는 흐름이 단순히 마른 모래 흐름이었다고 제안한다.[138][139][140] 다른 이들은 표면 근처의 액체 염수일 수 있다고 제안하지만,[141][142][143] 물의 정확한 출처와 그 운동의 메커니즘은 이해되지 않고 있다.[144]

2018년 7월, 과학자들은 화성에서 빙하 하 호수를 발견했는데, 1.5km 아래 남극 평원에 위치하며, 옆으로 약 20km 뻗어 있으며, 이는 행성에서 최초로 알려진 안정적인 물 덩어리이다.[145][146][147][148] 이 호수는 Mars Express 궤도선에 탑재된 MARSIS 레이더를 사용하여 발견되었으며, 2012년 5월부터 2015년 12월 사이에 프로파일이 수집되었다.[149] 호수는 193°E, 81°S에 위치하며, 특이한 지형적 특징을 나타내지 않는 평평한 지역이지만, 동쪽을 제외하고는 더 높은 지형으로 둘러싸여 있으며, 그곳에는 함몰부가 있다.[145] 그러나 후속 연구에서는 행성 내부의 이상 가열 없이 이 깊이에 액체가 존재할 수 있는지에 대해 동의하지 않는다. [150][151] 대신, 일부 연구에서는 점토나 얼음과 먼지 층 사이의 간섭과 같은 다른 요인이 액체 상태의 물을 포함하는 것과 유사한 레이더 신호를 초래했을 수 있다고 제안한다. [152][153][154]

과거 화성 표면을 덮었던 물의 상상도


생명의 흔적을 찾아 화성의 레골리스를 처음 시험한 것은 바이킹이었다. NASA의 최근 미션은 과거에 액체 상태의 물이 존재했는지에 초점을 맞추고 있다. 그 결과, 물의 존재 하에 형성되는 적철광이 발견되었다.

2004년 마스 익스플로레이션 로버의 미션 목적은 과거에 행성에 액체 상태의 물이 존재했다는 증거를 찾는 것이었다.

2000년 6월, 수로와 같은 구조가 발견되었고, 현재도 지하에서 물이 흐르고 있다는 증거로 여겨졌다[335] .

2004년 3월, NASA는 탐사선 오퍼튜니티가 화성이 과거에 젖은 행성이었다는 증거를 발견했다고 발표했다[337] . 2004년 1월, 유럽 우주국(ESA)은 마스 익스프레스를 이용해 화성 남극 부근에서 대량의 얼음 축적을 직접적으로 감지했다[338] .

2005년 7월 28일, ESA는 화성 북극 부근에서 지표면 얼음을 촬영하는 데 성공했다고 발표했다[339] .

2006년 12월, NASA는 화성 표면에서 홍수가 일어났음을 시사하는 마스 글로벌 서베이어의 사진을 공개했다. 사진에서는 물 자체는 직접 보이지 않았지만, 크레이터와 퇴적물이 변화하여, 수년 전까지 물의 흐름이 있었고, 어쩌면 지금도 있을지도 모른다는, 지금까지 가장 강력한 증거가 되었다. 지형의 변화는 물이 원인이라는 설에 회의적인 과학자도 있었다.[340]

궤도상의 망원경에서 얻은 데이터를 이용한 최근 화성 사암의 분석은, 한때 화성 표면에 존재했던 물이 염분이 높아서 지구에서 볼 수 있는 생명체는 존재할 수 없다는 것을 시사했다.[341]

2008년 5월 화성 북극 평원에 착륙한 NASA의 탐사선 피닉스는 지표면 근처에 얼음의 존재를 확인했다.[342]

2018년 7월, 이탈리아 국립 우주물리 연구소 등으로 구성된 국제 천문학팀이 마스 익스프레스의 2012년부터 2015년까지의 레이더 관측 데이터로부터, 화성 남극의 두께 1.5km의 빙상 아래에 폭 20km에 걸쳐 물로 보이는 층이 존재한다는 논문을 발표했다. 이 지저호는 영하 70℃로 극히 저온이면서도 빙상의 압력과 높은 염분 농도 등으로 액체 상태가 유지되고 있다고 추측된다. 연구팀은 생명체에게는 가혹한 환경이지만 단세포 생물이 생존할 가능성이 있다고 말했다.[343] .

== 실리카 ==

스피릿 로버가 발견한 실리카가 풍부한 지역


2007년 5월, 스피릿 로버는 작동하지 않는 바퀴로 땅의 일부를 건드리면서 90%의 실리카가 풍부한 지역을 발견했다.[155] 이 특징은 온천수 또는 증기가 화산암과 접촉하는 효과를 연상시킨다. 과학자들은 이것을 미생물 생명체에 유리했을 수도 있는 과거 환경의 증거로 간주하며, 실리카의 한 가지 가능한 기원은 물이 있는 상태에서 화산 활동으로 생성된 산성 증기와 토양의 상호 작용으로 생성되었을 수 있다고 이론화한다.[156]

지구의 유사성에 따르면, 화성의 열수 시스템은 유기 화합물 및 무기 화합물 생물학적 지표를 보존할 가능성이 있어 매우 매력적일 것이다.[157][158][159] 이러한 이유로 열수 퇴적물은 고대 화성 생명체의 화석 증거를 탐사하는 데 중요한 목표로 간주된다.[160][161][162]

== 질소 고정 ==

탄소 다음으로, 질소는 생명에 가장 중요한 요소이다. 대기 중에는 낮은 수준의 질소(N2)가 있지만, 이것만으로는 생물학적 섭취를 위한 질소 고정을 지원하기에 충분하지 않다.[97] 질산염 형태의 질소는 식물 성장을 위한 영양분으로, 그리고 화학적 과정에 사용하기 위해 인간 탐험을 위한 자원이 될 수 있다. 지구에서 질산염은 사막 환경의 과염소산염과 상관관계가 있으며, 이는 화성에서도 마찬가지일 수 있다. 질산염은 화성에서 안정적일 것으로 예상되며, 고대 화성에서 충격이나 화산 플룸 번개로 인한 열충격에 의해 형성되었을 것이다.[98]

2015년 3월 24일, 미국 항공우주국(NASA)은 ''큐리오시티'' 로버의 SAM 장비가 표면 퇴적물을 가열하여 질산염을 감지했다고 보고했다. 질산염의 질소는 "고정된" 상태로, 이는 생물체가 사용할 수 있는 산화된 형태임을 의미한다. 이 발견은 고대 화성이 생명체에게 적합했을 수 있다는 생각을 뒷받침한다.[98][99][100] 화성의 모든 질산염은 현대적인 기여 없이 유물로 추정된다.[101]

== 낮은 압력 ==

화성 표면의 낮은 대기압은 생명체 거주 가능성을 제한하는 요인이다. 화성 표면과 유사한 압력에서 미생물 성장에 대해 알려진 바가 거의 없기 때문에, 생명체 존재 여부를 추정하기 더욱 어렵다.[104] 일부 연구팀은 일부 박테리아가 25mbar까지 세포 복제를 할 수 있다고 결론 내렸지만, 이는 화성의 대기압(1–14mbar)보다 높은 수치이다.[104] 다른 연구에서는 우주선 조립 시설에서 회수된 26개의 박테리아 균주 중 ''세라티아 리퀴파시엔스(Serratia liquefaciens)'' ATCC 27592 균주만이 7mbar, 0 °C, CO2가 풍부한 무산소 대기에서 생장을 보였다.[104]

6. 1. 과거의 물

과거 화성은 따뜻하고 습윤한 환경이었을 가능성이 제기된다. 광물학적 증거와 형태학적 증거는 헤스페리아 중기부터 거주 가능성이 저하되었음을 나타낸다.[36] 정확한 원인은 불분명하지만, 초기 대기 손실, 충돌 침식 등의 과정과 관련이 있을 수 있다.[36] 화성의 자기권 손실은 대기 손실과 방사선 증가를 통해 표면 환경에 큰 영향을 미쳐, 표면 서식 가능성을 상당히 저하시켰다.[39] 자기장이 존재했을 때 대기는 태양풍에 의한 침식으로부터 보호되어, 화성 표면에 액체 상태의 물이 존재하기 위해 필요한 조밀한 대기를 유지하는 데 기여했을 것이다.[40]

분화구를 형성하는 충돌이나 화산 활동은 지각에 얼음이 존재할 때 오래 지속되는 온천 열수 시스템을 생성하여 미생물 발생에 유리한 조건을 제공했을 수 있다.[36][41]

2013년, NASA의 ''큐리오시티'' 로버는 게일 분화구에서 황, 질소, 수소, 산소, 인, 탄소 등의 생명체 핵심 화학 성분과 점토 광물을 확인함으로써, 고대 담수호의 존재를 시사하는 증거를 발견했다.[42] 이는 미생물 생명체에 친숙한 환경이었을 가능성을 보여준다.[43][44] 2018년, ''큐리오시티'' 로버는 30억 년 된 퇴적암에서 유기 분자를 발견하여 생명체의 구성 요소 중 일부가 존재했음을 나타냈다.[50][51][52][53]

2024년, ''큐리오시티''의 샘플링 결과는 초기 화성 대기가 생명체에 친숙한 표면수를 지원하기에는 불안정했을 가능성을 제시하며, 급격한 습윤-건조 주기와 매우 높은 염도의 극저온 염수가 가능한 설명으로 제시되었다.[54][55]

과거 화성에 액체 상태의 물이 존재했다는 증거는 마스 익스플로레이션 로버 미션을 통해 발견된 적철광과 같은 광물, 그리고 마스 글로벌 서베이어가 촬영한 수로와 같은 지형 등에서 찾을 수 있다.[335] 2004년 유럽 우주국(ESA)은 마스 익스프레스를 이용해 화성 남극 부근에서 대량의 얼음 축적을 직접 감지했다.[338]

6. 2. 현재의 물

화성에 생명체가 존재했거나 존재한다면, 그 증거는 현재의 혹독한 표면 조건에서 벗어난 지하에서 발견되거나 가장 잘 보존될 가능성이 높다.[56] 현재 화성의 생명체나 생물학적 지표는 표면 수 킬로미터 아래, 지하 열수 분출구, 또는 표면 몇 미터 아래에서 발견될 수 있다. 화성의 영구 동토층은 표면에서 불과 몇 센티미터 아래에 있으며, 염분이 있는 염수는 그 아래 몇 센티미터에서 액체 상태로 존재할 수 있지만, 깊은 곳에서는 액체 상태로 존재하기 어렵다. 헬라스 분지의 가장 깊은 지점에서도 물은 끓는점에 가깝기 때문에, 지하수의 갑작스러운 방출을 제외하고는 현재 화성 표면에서 오랫동안 액체 상태를 유지할 수 없다.[57][58][59]

NASA는 ''바이킹'' 탐사 이후 화성에서 "물을 따라가는" 전략을 추구해 왔으며, 생물학적 지표를 직접 탐색하지 않았다. 천문 생물학자들은 현재 생존 가능한 환경을 찾기 위해 화성 지하에 접근해야 할 수도 있다는 데 의견을 같이한다.[56]

반복 경사면 선(RSL)은 해당 지역 기온이 얼음의 녹는점을 넘을 때 태양을 향한 경사면에서 형성된다. 이 줄무늬는 봄에 성장하고 늦여름에 넓어지며 가을에 사라진다. 이 줄무늬 자체가 표토 습도의 직접적인 지표는 아니지만, 어떤 형태로든 액체 물을 포함하지 않고는 모델링하기 어렵다. 이러한 특징은 액체 물을 포함하는 것으로 확인되었지만, 물은 생명체에게 너무 차갑거나 짤 수 있다. 현재는 "특별 지역으로 취급해야 하는 불확실한 지역"으로 잠재적 생존 가능성이 있는 곳으로 간주된다.[90][91] 당시에는 흐르는 염수를 포함하는 것으로 의심되었다.[92][93][94][95]

물의 열역학적 가용성(수분 활성도)은 지구에서 미생물 번식을 엄격하게 제한하며, 특히 고염 환경에서 그렇다. 화성의 염수 이온 강도가 생존 가능성에 장벽이 된다는 징후가 있다. 실험 결과에 따르면, 흔하게 발생하는 2가 이온에 의해 화성에서 극단적으로 높아진 높은 이온 강도는 "생물학적으로 이용 가능한 물이 존재하더라도 이러한 환경을 생존 불가능하게 만든다."[96]

액체 상태의 물은 인간이 아는 생명체에게 필요하지만 충분 조건은 아니며, 생명 가능성은 수많은 환경 변수의 함수이다.[105] 액체 상태의 물은 가장 낮은 고도에서 몇 분 또는 몇 시간 동안을 제외하고는 화성 표면에 존재할 수 없다.[106][107] 액체 상태의 물은 표면 자체에서는 나타나지 않지만,[108] 태양에 의해 가열된 눈 속의 먼지 입자 주변에 극소량으로 형성될 수 있다.[109][110] 또한, 땅 밑의 고대 적도 빙상은 동굴을 통해 표면에서 접근할 수 있으며, 서서히 승화되거나 녹을 수 있다.[111][112][113][114]

화성의 물은 거의 전적으로 화성 극지 빙하와 비교적 온화한 위도에서도 얕은 화성 표면 아래에 위치한 물 얼음 형태로 존재한다.[115][116] 소량의 수증기가 화성 대기에 존재한다.[117] 화성 표면에는 액체 상태의 물이 없는데, 이는 수증기압이 1 Pa 미만이기 때문이며,[118] 표면의 대기압은 평균 600Pa로, 지구 평균 해수면 압력의 약 0.6%이며, 온도가 너무 낮아(210K) 즉시 얼어붙기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 약 38억 년 전,[119] 더 조밀한 화성 대기와 더 높은 온도, 그리고 넓은 양의 액체 상태의 물이 표면에 흘렀으며,[120][121][122][123] 거대한 대양을 포함했다.[124][125][126][127][128]

화성의 원시 대양은 행성의 36%[129]에서 75%[130]를 덮었을 것으로 추정된다. 2016년 11월 22일, NASA는 화성의 유토피아 평원 지역에서 대량의 지하 얼음을 발견했다고 보고했다. 감지된 물의 양은 슈페리어 호의 물의 양과 동일한 것으로 추정된다.[131][132][133]

궤도 분광법으로 얻은 데이터를 사용하여 화성 사암을 분석한 결과, 이전에 화성 표면에 존재했던 물은 대부분의 지구형 생명체를 지원하기에는 염도가 너무 높았을 것으로 보인다. Tosca 외 연구진은 연구한 위치의 화성 물이 모두 수분 활성도 aw ≤ 0.78 to 0.86을 가지고 있음을 발견했는데, 이는 대부분의 육상 생명체에게 치명적인 수준이다.[134] 그러나 할로아르케아는 포화점까지 고염 용액에서 생존할 수 있다.[135]

2000년 6월, 홍수와 같은 협곡의 형태로 화성 표면에 현재 액체 상태의 물이 흐르고 있다는 가능한 증거가 발견되었다.[136][137] 2006년에 마스 글로벌 서베이어에 의해 촬영된 추가적인 유사한 이미지는 물이 가끔 화성 표면을 흐르고 있음을 시사했다.

최근의 협곡 줄무늬가 액체 상태의 물에 의해 형성되었는지에 대해 과학계에서는 의견이 일치하지 않는다. 일부에서는 흐름이 단순히 마른 모래 흐름이었다고 제안한다.[138][139][140] 다른 이들은 표면 근처의 액체 염수일 수 있다고 제안하지만,[141][142][143] 물의 정확한 출처와 그 운동의 메커니즘은 이해되지 않고 있다.[144]

2018년 7월, 과학자들은 화성에서 빙하 하 호수를 발견했는데, 1.5km 아래 남극 평원에 위치하며, 옆으로 약 20km 뻗어 있으며, 이는 행성에서 최초로 알려진 안정적인 물 덩어리이다.[145][146][147][148] 이 호수는 Mars Express 궤도선에 탑재된 MARSIS 레이더를 사용하여 발견되었으며, 2012년 5월부터 2015년 12월 사이에 프로파일이 수집되었다.[149] 호수는 193°E, 81°S에 위치하며, 특이한 지형적 특징을 나타내지 않는 평평한 지역이지만, 동쪽을 제외하고는 더 높은 지형으로 둘러싸여 있으며, 그곳에는 함몰부가 있다.[145] 그러나 후속 연구에서는 행성 내부의 이상 가열 없이 이 깊이에 액체가 존재할 수 있는지에 대해 동의하지 않는다. [150][151] 대신, 일부 연구에서는 점토나 얼음과 먼지 층 사이의 간섭과 같은 다른 요인이 액체 상태의 물을 포함하는 것과 유사한 레이더 신호를 초래했을 수 있다고 제안한다. [152][153][154]

생명의 흔적을 찾아 화성의 레골리스를 처음 시험한 것은 바이킹이었다. NASA의 최근 미션은 과거에 액체 상태의 물이 존재했는지에 초점을 맞추고 있다. 그 결과, 물의 존재 하에 형성되는 적철광이 발견되었다.

2004년 마스 익스플로레이션 로버의 미션 목적은 과거에 행성에 액체 상태의 물이 존재했다는 증거를 찾는 것이었다.

2000년 6월, 수로와 같은 구조가 발견되었고, 현재도 지하에서 물이 흐르고 있다는 증거로 여겨졌다[335] .

2004년 3월, NASA는 탐사선 오퍼튜니티가 화성이 과거에 젖은 행성이었다는 증거를 발견했다고 발표했다[337] . 2004년 1월, 유럽 우주국(ESA)은 마스 익스프레스를 이용해 화성 남극 부근에서 대량의 얼음 축적을 직접적으로 감지했다[338] .

2005년 7월 28일, ESA는 화성 북극 부근에서 지표면 얼음을 촬영하는 데 성공했다고 발표했다[339] .

2006년 12월, NASA는 화성 표면에서 홍수가 일어났음을 시사하는 마스 글로벌 서베이어의 사진을 공개했다. 사진에서는 물 자체는 직접 보이지 않았지만, 크레이터와 퇴적물이 변화하여, 수년 전까지 물의 흐름이 있었고, 어쩌면 지금도 있을지도 모른다는, 지금까지 가장 강력한 증거가 되었다. 지형의 변화는 물이 원인이라는 설에 회의적인 과학자도 있었다.[340]

궤도상의 망원경에서 얻은 데이터를 이용한 최근 화성 사암의 분석은, 한때 화성 표면에 존재했던 물이 염분이 높아서 지구에서 볼 수 있는 생명체는 존재할 수 없다는 것을 시사했다.[341]

2008년 5월 화성 북극 평원에 착륙한 NASA의 탐사선 피닉스는 지표면 근처에 얼음의 존재를 확인했다.[342]

2018년 7월, 이탈리아 국립 우주물리 연구소 등으로 구성된 국제 천문학팀이 마스 익스프레스의 2012년부터 2015년까지의 레이더 관측 데이터로부터, 화성 남극의 두께 1.5km의 빙상 아래에 폭 20km에 걸쳐 물로 보이는 층이 존재한다는 논문을 발표했다. 이 지저호는 영하 70℃로 극히 저온이면서도 빙상의 압력과 높은 염분 농도 등으로 액체 상태가 유지되고 있다고 추측된다. 연구팀은 생명체에게는 가혹한 환경이지만 단세포 생물이 생존할 가능성이 있다고 말했다[343] .

6. 3. 실리카



2007년 5월, 스피릿 로버는 작동하지 않는 바퀴로 땅의 일부를 건드리면서 90%의 실리카가 풍부한 지역을 발견했다.[155] 이 특징은 온천수 또는 증기가 화산암과 접촉하는 효과를 연상시킨다. 과학자들은 이것을 미생물 생명체에 유리했을 수도 있는 과거 환경의 증거로 간주하며, 실리카의 한 가지 가능한 기원은 물이 있는 상태에서 화산 활동으로 생성된 산성 증기와 토양의 상호 작용으로 생성되었을 수 있다고 이론화한다.[156]

지구의 유사성에 따르면, 화성의 열수 시스템은 유기 화합물 및 무기 화합물 생물학적 지표를 보존할 가능성이 있어 매우 매력적일 것이다.[157][158][159] 이러한 이유로 열수 퇴적물은 고대 화성 생명체의 화석 증거를 탐사하는 데 중요한 목표로 간주된다.[160][161][162]

6. 4. 질소 고정

탄소 다음으로, 질소는 생명에 가장 중요한 요소이다. 대기 중에는 낮은 수준의 질소(N2)가 있지만, 이것만으로는 생물학적 섭취를 위한 질소 고정을 지원하기에 충분하지 않다.[97] 질산염 형태의 질소는 식물 성장을 위한 영양분으로, 그리고 화학적 과정에 사용하기 위해 인간 탐험을 위한 자원이 될 수 있다. 지구에서 질산염은 사막 환경의 과염소산염과 상관관계가 있으며, 이는 화성에서도 마찬가지일 수 있다. 질산염은 화성에서 안정적일 것으로 예상되며, 고대 화성에서 충격이나 화산 플룸 번개로 인한 열충격에 의해 형성되었을 것이다.[98]

2015년 3월 24일, 미국 항공우주국(NASA)은 ''큐리오시티'' 로버의 SAM 장비가 표면 퇴적물을 가열하여 질산염을 감지했다고 보고했다. 질산염의 질소는 "고정된" 상태로, 이는 생물체가 사용할 수 있는 산화된 형태임을 의미한다. 이 발견은 고대 화성이 생명체에게 적합했을 수 있다는 생각을 뒷받침한다.[98][99][100] 화성의 모든 질산염은 현대적인 기여 없이 유물로 추정된다.[101]

6. 5. 낮은 압력

화성 표면의 낮은 대기압은 생명체 거주 가능성을 제한하는 요인이다. 화성 표면과 유사한 압력에서 미생물 성장에 대해 알려진 바가 거의 없기 때문에, 생명체 존재 여부를 추정하기 더욱 어렵다.[104] 일부 연구팀은 일부 박테리아가 25mbar까지 세포 복제를 할 수 있다고 결론 내렸지만, 이는 화성의 대기압(1–14mbar)보다 높은 수치이다.[104] 다른 연구에서는 우주선 조립 시설에서 회수된 26개의 박테리아 균주 중 ''세라티아 리퀴파시엔스(Serratia liquefaciens)'' ATCC 27592 균주만이 7mbar, 0 °C, CO2가 풍부한 무산소 대기에서 생장을 보였다.[104]

7. 잠재적 생체 지표

2017년 5월, 지구상에서 알려진 가장 오래된 생명체의 흔적이 호주 서부 필바라 크레이턴에서 발견된 34억 8천만 년 된 간헐암 및 기타 관련 광물 퇴적물(종종 온천과 간헐천 주변에서 발견됨)에서 발견되었을 수 있다.[163][164] 이 발견은 화성에서 생명체의 초기 징후를 찾는 데 가장 적합한 장소를 결정하는 데 도움이 될 수 있다.[163][164]

화성 대기 중 미량의 메탄이 2003년에 발견되어 2004년에 증명되었다.[344][345][346][347][348][349] 대기 중에 이 수준으로 존재하기 위해서는 행성상에 공급원이 있어야 하며, 이 발견은 매우 흥미를 끌었다. 화성은 1년에 270톤의 메탄을 생산하는 것으로 추정되었지만,[350][351] 소행성 충돌에 의한 분은 그 중 0.8%에 불과하다. 사문암과 같은 지질이 공급원이 될 수도 있지만, 현재 화성에 활동 중인 화산, 열수 분출공, 핫스팟 등은 보이지 않아 지질학적인 공급원은 생각하기 어렵다. 그래서 메탄 생성균과 같은 미생물에 의한 공급 가능성이 있지만, 아직 증명되지는 않았다. 만약 화성의 미생물이 메탄을 생산하고 있다면, 물이 액체로 존재할 수 있을 정도의 높은 온도가 있는 지하 깊숙한 곳에 서식하고 있을 가능성이 높다.[352]

2005년 2월, ESA의 화성 익스프레스에 탑재된 전구 푸리에 분광계(PFS)가 화성 대기 중에서 미량의 포름알데히드를 검출했다고 발표했다. PFS의 책임자인 비토리오 포르미사노는 포름알데히드는 메탄이 산화될 때의 부산물이며, 화성이 지질학적으로 활성화되어 있거나 미생물 군집이 존재한다는 증거라고 추측했다.[353][354] NASA의 과학자들은 이 발견에 대한 충분한 검증이 필요하다고 생각했지만, 생명체의 존재에 대해서는 부정적인 견해를 표명했다.[355][356]

7. 1. 메탄

메탄(CH4)은 현재 화성의 산화 대기에서 화학적으로 불안정하여, 태양의 자외선 복사 및 다른 가스와의 화학 반응으로 인해 빠르게 분해된다.[165][166] 따라서 대기 중 메탄의 지속적인 존재는 가스를 보충하는 근원이 있음을 시사한다.

2003년 NASA 고다드 우주 비행 센터 연구팀은 화성 대기에서 수십 ppb (parts per billion, 십억 분의 일) 수준의 미량의 메탄을 처음 보고했다.[165][166] 2003년과 2006년 측정된 농도 차이는 메탄이 국소적으로 집중되어 있고 계절적일 수 있음을 시사했다.[167] 2018년 6월 7일, NASA는 ''Curiosity'' 로버가 화성에서 메탄 농도의 계절적 변화를 감지했다고 발표했다.[15][168][52][53][169][170][171][51]

''Curiosity''는 대기 중 메탄의 주기적인 계절적 변화를 감지했다.


2016년 3월 발사된 엑소마스 가스 탐사 궤도선(TGO)은 2018년 4월부터 대기 중 메탄 농도와 근원을 조사했지만,[172][173] 2019년 5월 현재 메탄 농도는 감지 가능한 수준 미만(< 0.05 ppbv)이었다.[174][175]

화성 메탄의 주요 후보로는 물-암석 반응, 물의 방사선 분해, 황철석 형성 등 비생물학적 과정이 있으며, 이들은 모두 수소(H2)를 생성하고, 피셔-트롭쉬 공정을 통해 일산화 탄소(CO) 및 CO2와 반응하여 메탄을 생성할 수 있다.[176] 또한 메탄은 물, 이산화탄소, 감람석을 포함하는 사문암화 작용을 통해서도 생성될 수 있다.[177] 그러나, 현재 화산 활동, 열수 활동 또는 열점(Hotspot (geology))이 없다는 것은 지질학적 메탄 생성이 활발하지 않음을 시사한다.[178]

미생물인 메탄 생성균과 같은 생명체도 또 다른 가능한 메탄 생성원이다.[179][187][180] 메탄 생성균은 산소나 유기 영양소를 필요로 하지 않고, 수소를 에너지원으로, 이산화탄소(CO2)를 탄소원으로 사용하므로 화성의 지하 환경에서 존재할 수 있다.[182] 만약 미생물이 메탄을 생산한다면, 액체 상태의 물이 존재할 만큼 따뜻한 표면 아래 깊숙이 서식할 것이다.[183]

2003년 메탄 발견 이후, 일부 과학자들은 메탄 생성균 박테리아의 성장을 시험하는 ''in vitro'' 실험을 진행했으며, 시험한 네 가지 균주 모두 상당한 수준의 메탄을 생성했다.[184] 아칸소 대학교의 연구는 일부 메탄 생성균이 화성의 낮은 기압에서 생존할 수 있음을 시사했다.[182] 레베카 미콜(Rebecca Mickol)은 ''Methanothermobacter wolfeii'', ''Methanosarcina barkeri'', ''Methanobacterium formicicum'' 및 ''Methanococcus maripaludis'' 네 종의 메탄 생성균이 저압 조건에서 생존하는 것을 발견했다.[182]

과학자들은 화성의 수소 및 메탄 수준의 비율을 측정하면 화성 생명체의 존재 가능성을 결정하는 데 도움이 될 수 있다고 보고했다.[179][187] 낮은 H2/CH4 비율(약 40 미만)은 생명체가 존재하고 활동하고 있음을 나타낸다.[179] 화성 대기 하층의 비율은 약 10배 더 높았으며, 이는 생물학적 과정이 관찰된 CH4의 원인이 아닐 수 있음을 시사한다.[179]

여름철 북반구 화성 대기 중 메탄 분포

7. 2. 포름알데히드

2005년 2월, 유럽 우주국(ESA)의 화성 익스프레스 궤도선에 탑재된 행성 푸리에 분광계(PFS)가 화성 대기에서 포름알데히드의 흔적을 감지했다고 발표되었다.[191][192] PFS의 책임자인 비토리오 포르미사노는 포름알데히드가 메탄의 산화 부산물일 수 있으며, 이에 따르면 화성이 매우 지질학적으로 활동적이거나 미생물 생명체의 식민지를 품고 있다는 증거가 될 수 있다고 추측했다.[191][192] NASA 과학자들은 예비 연구 결과에 대한 후속 조치가 매우 가치 있다고 여기면서도 생명체의 존재 주장은 거부했다.[193][194]

7. 3. 간헐천

남극의 계절적인 서리와 해빙은 햇빛에 의해 1미터 두께의 얼음에 새겨진 거미와 같은 방사형 채널의 형성을 초래한다. 그리고 승화된 CO2와 물이 내부의 압력을 증가시켜 종종 검은 현무암 모래나 진흙과 섞인 차가운 액체의 간헐천과 같은 분출을 생성한다.[230][231][232][233] 이 과정은 몇 날, 몇 주 또는 몇 달 안에 일어나는 것으로 관찰되어 지질학, 특히 화성에서는 매우 이례적인 성장 속도를 보인다.[234]

헝가리 과학자팀은 간헐천의 가장 눈에 띄는 특징인 검은 사구 지점과 거미 채널이 광합성 화성 미생물의 군집일 수 있다고 제안한다.[235][236][237] 이 미생물은 얼음 덮개 아래에서 겨울을 나고, 햇빛이 이른 봄에 극지방으로 돌아오면 빛이 얼음을 통과하여 미생물이 광합성을 하고 주변을 따뜻하게 한다. 일반적으로 화성의 얇은 대기에서 즉시 증발할 액체 물 주머니가 그들 주변에 있는 얼음에 갇힌다. 이 얼음층이 얇아지면서 미생물이 회색으로 나타난다. 층이 완전히 녹으면 미생물은 빠르게 건조되어 검게 변하고 회색 후광으로 둘러싸인다.[235][236][237] 헝가리 과학자들은 복잡한 승화 과정조차도 시공간에서 검은 사구 지점의 형성 및 진화를 설명하기에 불충분하다고 믿는다.[238][239] 발견 이후, 소설가 아서 C. 클라크는 이러한 형성을 우주생물학적 관점에서 연구할 가치가 있다고 홍보했다.[240]

다국적 유럽 팀은 연례 해동 주기 동안 거미 채널에 액체 물이 존재한다면, 특정 미생물 생명체가 태양 방사선으로부터 보호받으면서 물러나 적응할 수 있는 틈새를 제공할 수 있다고 제안한다.[241] 영국 팀은 또한 유기 물질, 미생물 또는 심지어 단순한 식물이 이러한 무기물 형성물과 공존할 가능성을 고려하며, 특히 이 메커니즘에 액체 물과 지열 에너지원이 포함된 경우에 그렇다.[234] 또한, 그들은 대부분의 지질 구조가 유기적인 "화성의 생명체" 가설을 사용하지 않고 설명될 수 있다고 언급한다.[234]

8. 유해 환경 요소

화성 탐사 로버 ''큐리오시티''는 연간 76mGy의 이온화 방사선 수준을 측정했다.[64] 이러한 이온화 방사선 수준은 화성 표면의 휴면 생명체에게 살균 효과를 낸다. 이온화 방사선 수준은 궤도 이심률과 축의 기울기에 따라 서식 가능성에 상당한 차이를 보인다. 최근 45만 년 전에 표면 생명체가 다시 활동했다면, 화성 탐사 로버는 표면 아래 1미터 깊이에서 휴면 상태지만 여전히 생존 가능한 생명체를 발견할 수 있을 것이라고 추정된다.[65] 화성은 보호 자기권과 대기를 잃었기 때문에 알려진 가장 강인한 세포조차도 화성 표면 근처의 우주 방사선에서 살아남을 수 없을 것이다.[67][66] 연구자들은 화성에서 다양한 깊이의 우주 방사선 수준을 측정한 후, 시간이 지남에 따라 행성 표면의 처음 몇 미터 이내의 모든 생명체가 치명적인 양의 우주 방사선에 의해 죽을 것이라고 결론지었다.[67][68][69] 연구팀은 우주 방사선에 의한 DNA 및 RNA에 대한 누적 손상이 화성에서 생존 가능한 휴면 세포를 회수하는 것을 행성 표면 아래 7.5미터 이상의 깊이로 제한할 것이라고 계산했다.[68]

가장 방사선 내성이 강한 지구의 박테리아조차 표면에서 휴면 포자 상태로 18,000년밖에 생존하지 못할 것이며, 엑소마스 탐사 로버가 도달할 수 있는 최대 깊이인 2미터에서는 암석의 종류에 따라 생존 시간이 90,000년에서 50만 년까지 될 것이다.[70]

''큐리오시티'' 탐사 로버에 탑재된 방사선 평가 감지기(RAD) 기기가 수집한 데이터에 따르면 흡수된 선량은 표면에서 연간 76 mGy이며,[71] "이온화 방사선은 특히 물, 염류, 그리고 유기 분자와 같은 산화 환원 민감성 성분과 같은 화학적 조성과 구조에 강한 영향을 미친다"는 사실이 밝혀졌다.[71] 화성 유기 화합물의 출처(운석, 지질학적, 또는 생물학적)에 관계없이 탄소 결합은 이온화된 하전 입자 방사선에 의해 주변 원소와 결합이 끊어지고 재구성되기 쉽다.[71] 이러한 향상된 지하 방사선 추정치는 깊이에 따른 가능한 유기 생물학적 지표의 보존 가능성뿐만 아니라 표면 아래에 휴면 상태로 남아 있는 가능한 미생물 또는 박테리아 생명체의 생존 시간에 대한 통찰력을 제공한다.[71] 보고서는 ''in situ'' "표면 측정과 지하 추정치는 화성 표면의 상위 몇 미터에서 이온화 방사선에 노출된 후 화성 유기물의 보존 기간을 제한한다"고 결론짓고 있다.[71]

2017년 9월, 미국 항공 우주국(NASA)은 화성 표면의 방사선 수준이 일시적으로 두 배로 증가했으며, 해당 달의 중간에 발생한 예상치 못한 대규모 태양 폭풍으로 인해 이전에 관찰된 것보다 25배 더 밝은 오로라와 연관되었다고 보고했다.[72]

1965년, 마리너 4호에 의해 화성에는 우주선이나 태양광으로부터 생물을 보호하는 자기권이 존재하지 않는 것이 발견되었고, 1990년대 후반의 마스 글로벌 서베이어에 의한 관측으로 확인되었다.[372] 자기권이 없기 때문에 수십억 년에 걸쳐 태양풍이 직접 화성의 대기에 닿았다고 생각된다.

2007년, 우주선에 의한 데옥시리보핵산과 리보핵산의 손상으로 인해, 화성의 지하 7.5m까지는 생물이 존재할 수 없다는 것이 계산되었다.[373] 따라서 만약 화성에 생명이 존재한다면, 지금까지 연구되지 않았던 지하에 있다는 것이 확정되었다.[374]

8. 1. 우주 방사선

1965년, 마리너 4호 탐사선은 화성에 생명체를 위협하는 우주 방사선과 태양 방사선으로부터 행성을 보호할 자기권이 없다는 것을 발견했으며, 1990년대 후반 화성 탐사선의 관측으로 확인되었다.[60][372] 과학자들은 이러한 자기 방어막의 부재로 인해 태양풍이 수십억 년에 걸쳐 화성의 대기 상당 부분을 날려 버리는 데 영향을 주었을 것으로 추정한다.[61] 그 결과, 화성은 약 40억 년 동안 우주 방사선에 취약한 상태였다.[62]

최근 큐리오시티 탐사선의 현장 데이터에 따르면, 은하 우주선 (GCR) 및 태양 입자 현상 (SPE)에서 발생하는 전리 방사선 수준이 현재 화성 표면 생명체의 거주 가능성에 큰 영향을 주지 않을 수 있음을 시사한다. 큐리오시티가 측정한 연간 76 mGy 수준은 국제 우주 정거장 내부의 수준과 유사하다.[63]

2007년, 우주선에 의한 데옥시리보핵산(DNA)과 리보핵산(RNA)의 손상으로 인해, 화성의 지하 7.5m까지는 생물이 존재할 수 없다는 것이 계산되었다.[373] 따라서 만약 화성에 생명이 존재한다면, 지금까지 연구되지 않았던 지하에 있다는 것이 확정되었다.[374]

8. 2. 자외선

2014년 보고서에 따르면 화성의 UV 방사선 환경은 보호받지 않은 미생물에게는 치명적이지만, 전 지구적인 먼지 폭풍에 의해 약화될 수 있으며, 1mm 미만의 암석 또는 다른 유기체에 의해 완전히 차단될 수 있다고 한다.[73] 2017년 7월 발표된 실험 연구에서는 UV 방사선에 노출된 과염소산염이 세포 사망률을 크게 증가시킨다는 결과가 나왔다.[79][74] UV 방사선의 토양 침투 깊이는 토양 특성에 따라 다르지만, 서브 밀리미터에서 밀리미터 범위이다.[74] 최근 연구에 따르면 화성 중위도에서 노출된 먼지가 많은 얼음 내부에서 광합성이 일어날 수 있는데, 이는 표면 위의 먼지가 많은 얼음이 화성 표면의 유해한 자외선 방사선을 차단하기 때문이다.[75]

8. 3. 과염소산염

화성 표토에는 최대 0.5% (w/v)의 과염소산염(ClO4−)이 함유되어 있는데,[76] 이는 대부분의 생명체에 유독하다. 그러나 과염소산염은 물의 어는점을 낮추고 일부 극호성 생물체는 에너지원으로 사용 가능하며,[77] 최대 30% (w/v) 농도의 과염소산나트륨에서도 생리적 적응 및 성장이 가능하여[77] 생명 거주 가능성에 대한 추측을 불러일으켰다.[79][80][81][82]

2017년 7월 연구에서는 가상의 화성 UV(자외선) 복사에 노출 시 과염소산염이 박테리아에 더욱 치명적이며, 휴면 포자도 몇 분 안에 생존력을 잃는다는 사실이 밝혀졌다.[79] 산화철과 과산화수소는 조사된 과염소산염과 시너지 효과를 일으켜 세포 사망률을 10.8배 증가시켰다.[79][74] 또한, 마모된 규산염(석영과 현무암)이 유독한 활성산소를 유발한다는 사실도 밝혀졌다.[83] 연구자들은 화성 표면이 식물성 세포에 치명적이며, 표면과 표면 근처 대부분 지역을 생명 거주 불가능하게 만든다고 결론지었다.[84] 이 연구는 현재 화성 표면이 이전에 생각했던 것보다 생명 거주 불가능함을 보여주며,[79][85] 지하 조사를 강화한다.[85][86]

화성 표면의 피닉스 탐사선 상상도


그러나 연구원 켄다 린치는 과염소산염과 과염소산염 환원 박테리아를 포함하는 서식지를 발견했는데, 이는 유타주 그레이트솔트호 사막의 파일럿 밸리(Pilot Valley)에 있는 고대 호수였다.[87] 그녀는 이 미생물의 생물학적 지표를 연구해 왔으며, 화성 퍼서비어런스 로버가 예제로 분화구 지역에서 일치하는 생물학적 지표를 찾기를 희망하고 있다.[88][89]

2008년 5월 25일에 화성의 극지방을 원격 로봇으로 탐사하는 피닉스 (탐사선) 미션이 시작되어 2008년 11월 10일까지 진행되었다. 피닉스는 화성의 레골리스에서 미생물 생존 가능 장소를 찾고, 화성의 물의 지질학적 역사를 조사하는 것이었다. 탐사선은 레골리스에 0.5m 깊이의 홈을 팔 수 있는 2.5m 길이의 팔과 레골리스의 이온, 산화 방지제의 양과 종류를 분석할 수 있는 전기화학 실험 장치를 갖추고 있었다. 피닉스로부터 전송된 예비 데이터에 의해 화성의 토양에는 과염소산염이 포함되어 있으며, 지금까지 생각했던 것보다 생물에게 더욱 가혹한 환경임이 밝혀졌다[376][377][378] . 수소 이온 농도와 염분 농도 수준은 생물에게 해가 없는 수준이었다. 또한 탐사를 통해 결합수와 이산화탄소의 존재도 밝혀졌다[379] .

9. 화성 모사 환경에서의 생존 실험

1950년대부터 연구자들은 화성의 다양한 생명체의 생존 가능성을 확인하기 위해 화성의 환경 조건을 모방한 용기를 사용해왔다. 이러한 장치는 "화성 항아리" 또는 "화성 시뮬레이션 챔버"라고 불리며, 후베르투스 스트루골드에 의해 처음 설명되고 사용되었으며, 조슈아 레더버그와 칼 세이건에 의해 민간 연구에서 대중화되었다.[249]

2012년 4월 26일, 과학자들은 극호성 생물인 지衣가 독일 항공우주 센터(DLR)에서 운영하는 화성 시뮬레이션 연구소(MSL)의 화성 환경에서 34일 동안의 시뮬레이션 시간 동안 생존했으며, 광합성 활동의 적응력에서 놀라운 결과를 보였다고 보고했다.[250][251][252][253][254][255]

수많은 연구에서 화성 조건에 대한 저항력을 보여주고 있지만, 이는 개별적으로 이루어졌으며, 온도, 압력, 대기 조성, 방사선, 습도, 산화성 레골리스 등을 포함한 화성 표면의 모든 조건을 동시에, 그리고 복합적으로 고려한 연구는 없었다.[256] 실험실 시뮬레이션에 따르면 여러 치명적인 요인이 결합될 때 생존율이 빠르게 감소한다.[31]

미국 항공우주국(NASA)의 자금을 지원받는 천체생물학자들은 저온에서 염분 농도가 높은 용액에서 미생물 생명의 한계를 연구하고 있다.[257] 극지방의 얼음 덮개 아래나 지하에 있는 액체는 높은 정수압 하에 존재하고 상당한 염분 농도를 가질 가능성이 높다. 그들은 피닉스 착륙 지점에서 물 얼음과 염류로 굳어진 레골리스가 발견되었으며, 토양 샘플에는 황산 마그네슘, 과염소산 마그네슘, 과염소산 나트륨, 과염소산 칼륨, 염화 나트륨, 탄산 칼슘이 포함되어 있을 가능성이 높다는 것을 알고 있다.[257][258][259] 할로필 또는 "염분 애호가"라고 불리는, 염분이 높은 용액에서 생장하고 번식할 수 있는 지구 박테리아는 화성에서 흔히 발견되는 염류와 감소하는 온도에서 생존 능력을 테스트했다.[257] 실험실 시뮬레이션 결과, 여러 화성 환경 요인이 결합될 때마다 생존율이 급격히 감소하는 것으로 나타났지만,[31] 할로필 박테리아는 화성에서 흔히 발견되는 염류가 25% 이상 함유된 수용액에서 실험실 배양되었다.[257]

10. 화성 탐사 임무

10. 1. 마스 2호와 3호

1962년 마스-1이 화성으로 발사된 최초의 우주선이었지만,[262] 화성으로 가는 도중에 통신이 두절되었다. 1971~1972년 마스-2와 마스-3를 통해 표면 암석의 특성과 토양 밀도의 고도 프로파일, 열 전도율, 화성 표면에서 감지된 열적 이상 현상에 대한 정보를 얻었다. 이 프로그램은 북극 관모의 온도가 -110°C 미만이고 화성 대기 중의 수증기 함량이 지구보다 5천 배 적다는 것을 발견했다. 생명체의 징후는 발견되지 않았다.[263]

궤도에서 마스 프로그램 우주선의 생명체 징후는 발견되지 않았다. 강하 착륙선 마스-2는 착륙 시 추락했고, 강하 착륙선 마스-3는 프톨레마이오스 크레이터에 착륙 후 1.5분 만에 발사되었지만 14.5초 동안만 작동했다.[264]

10. 2. 마스 글로벌 서베이어

10. 3. 오디세이

10. 4. 마스 익스플로레이션 로버 (스피릿, 오퍼튜니티)

액체 상태의 물은 알려진 생명체와 신진대사에 필수적이므로, 만약 화성에 물이 존재했다면 생명체를 지탱했을 가능성이 높았을 수 있다. ''바이킹'' 궤도선은 여러 지역에서 강 계곡, 침식, 그리고 남반구에서 분기된 시내의 흔적을 발견했다.[267][268][269]

10. 5. 피닉스 착륙선



''피닉스'' 미션은 2008년 5월 25일 화성의 극지방에 로봇 우주선을 착륙시켜 2008년 11월 10일까지 운영되었다.[288] 이 미션의 주요 목표는 미생물 생명체가 존재할 수 있는 화성 표토의 "생명 거주 가능 구역"을 찾고, 화성의 물의 지질학적 역사를 연구하는 것이었다.[288] 탐사선에는 표토에 얕은 참호를 파낼 수 있는 2.5미터 로봇 팔이 있었고, 표토의 이온과 화성의 항산화제 양과 유형을 분석하는 전기화학 실험이 진행되었다.[288] 바이킹 프로그램 데이터는 화성의 산화제가 위도에 따라 달라질 수 있음을 시사하며, ''바이킹 2호''가 ''바이킹 1호''보다 더 북쪽에 위치하여 더 적은 산화제를 관찰했다는 점이 언급된다.[288] ''피닉스''는 그보다 훨씬 더 북쪽에 착륙했다.[288]

''피닉스''의 예비 데이터에 따르면 화성 토양에는 과염소산염이 포함되어 있어, 이전에 생각했던 것만큼 생명 친화적이지 않을 수 있다.[289][290][291] pH와 염분 수준은 생물학적 관점에서 볼 때 양호한 것으로 간주되었다.[292] 분석기는 또한 결합된 물과 CO2의 존재를 나타냈다.[292]

10. 6. 큐리오시티 로버 (화성 과학 실험실)

NASA의 화성 과학 실험실 임무는 2011년 11월 26일에 발사되었으며, 핵 동력 로봇 차량인 큐리오시티 로버는 과거와 현재의 화성 거주 가능성 조건을 평가하는 장비를 탑재하고 있다.[295][296] ''큐리오시티'' 로버는 2012년 8월 6일 게일 분화구의 에올리스 팔루스에 착륙했으며, 에올리스 몬스 (일명 샤프 산) 근처에 위치했다.[297][298][299][300][301][302][303]

''큐리오시티'' 로버 자화상


2014년 12월 16일, NASA는 ''큐리오시티'' 로버가 화성 대기에서 국지적으로 발생할 가능성이 높은 메탄의 양이 "10배 급증"했음을 감지했다고 보고했다. "20개월 동안 12번" 채취한 표본 측정 결과 2013년 말과 2014년 초에 증가했으며, 평균 "대기 중 메탄 농도는 10억 분의 7"이었다. 그 전후에는 측정이 그 수준의 약 10분의 1로 평균을 보였다.[277][278] 또한, ''큐리오시티'' 로버가 분석한 "컴벌랜드"라는 암석 중 하나에서 채취한 가루에서 낮은 수준의 클로로벤젠 (클로로벤젠/Chlorobenzene영어)이 감지되었다.[277][278]

화성 대기의 메탄 측정
''큐리오시티'' 로버에 의해 (2012년 8월 ~ 2014년 9월).


화성의 메탄 (CH4) – 잠재적 근원 및 싱크.


10. 7. 퍼서비어런스 로버 (Mars 2020)

미국 항공우주국(NASA)의 ''화성 2020'' 임무에는 ''퍼서비어런스'' 로버가 포함된다. 2020년 7월 30일에 발사되었으며,[305] 화성의 우주생물학적으로 관련된 고대 환경을 조사하는 것을 목표로 한다. 여기에는 표면의 지질학적 과정 및 역사, 과거 거주 가능성에 대한 평가, 접근 가능한 지질학적 물질 내 생물학적 지표 보존 가능성 등이 포함된다.[305] ''퍼서비어런스''는 2021년 2월 18일부터 화성에 있었다.

2024년 6월 화성에서 발견된 체야바 폭포 암석은 NASA에 의해 "잠재적인 생물학적 지표"로 지정되었으며, 지구로 반환되어 추가 조사를 위해 퍼서비어런스 로버에 의해 코어 샘플링되었다. 현재 사용 가능한 데이터로는 이 암석의 생물학적 또는 비생물학적 기원에 대한 최종적인 결정을 내릴 수 없다.

10. 8. 미래 탐사 계획

엑소마스는 유럽 우주국(ESA)과 로스코스모스가 개발했던 유럽 주도의 다중 우주선 프로그램이다.[306] 이 프로그램의 주요 과학 임무는 과거 또는 현재 화성에서 가능한 생물학적 지표를 찾는 것이었다.[306] 코어 드릴이 장착된 로버는 액체 상태의 물을 찾을 수 있고 미생물이나 유기 생물학적 지표가 우주 방사선으로부터 살아남을 수 있는 표면 아래 다양한 깊이의 샘플을 채취하는 데 사용될 예정이었다.[307] 그러나 이 프로그램은 2022년에 중단되었으며, 2028년 이전에 발사될 가능성은 낮다.[308]

화성 샘플 반환 임무는 화성의 토양 샘플을 지구로 가져와 생명체 존재 여부를 정밀 분석하는 것을 목표로 하는 미션이다. 그러나 화성에서 지구까지 수개월에 걸친 수송 동안 생명 유지 장치를 제공하고 유지하는 어려움은 여전히 해결해야 할 과제로 남아 있다.[309]

11. 화성의 인간 식민지화

화성 식민지화는 경제적 이익, 장기적인 과학 연구, 그리고 순수한 호기심을 포함한 여러 이유로 추진되고 있다.[310][311][312] 화성의 물의 존재와 표면 상태는 태양계에서 지9구 다음으로 거주하기 좋은 행성으로 만든다. 화성의 인간 식민지화는 현지 자원 활용(ISRU)이 필요할 것이다. NASA 보고서에 따르면 로봇 공학, 기계 지능, 나노 기술, 합성 생물학, 3-D 프린팅/첨가 제조 및 자율성과 같은 최첨단 기술이 활용될 것이며, 이러한 기술은 방대한 천연 자원과 결합하여 인간 도착 전후 ISRU를 통해 신뢰성과 안전성을 크게 높이고 화성 인간 식민지화 비용을 절감할 수 있다.[310][311][312]

12. 결론 및 한국의 관점

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