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화성의 테라포밍

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목차

1. 개요

화성의 테라포밍은 화성을 지구와 유사한 환경으로 변화시켜 인간의 거주 가능성을 높이는 것을 목표로 한다. 이러한 시도는 미래의 인구 증가, 자원 고갈, 종말론적 위협에 대한 대안으로 제시되었으며, 화성은 지구와 유사한 환경적 특성 때문에 테라포밍의 유력한 대상이 되었다. 그러나 화성은 낮은 빛의 세기, 낮은 중력, 유해한 대기, 낮은 대기압, 우주 방사선, 낮은 온도, 황사 폭풍, 자기장 부재 등 극복해야 할 많은 문제점을 가지고 있다. 테라포밍을 위한 제안으로는 대기 조성 변화, 암모니아 및 탄화수소 도입, 플루오린 화합물 사용, 궤도 거울 설치, 반사율 감소, 에코포에시스 연구, 대기 보호, 물 전기 분해를 통한 산소 생성, 파라테라포밍과 유전자 변형 식물 활용 등이 있다. 이러한 방법들은 화성의 대기를 조성하고, 온도를 높이며, 우주 방사선으로부터 보호하는 것을 목표로 한다.

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화성의 테라포밍
개요
주제행성 테라포밍
대상 행성화성
목표지구와 유사한 환경 조성
인간 거주 가능 환경 구축
초기 조건
대기압낮음 (약 0.6% 지구 대기압)
대기 조성주로 이산화탄소
평균 온도매우 낮음 (약 -63°C)
자기장약함 (전체적인 자기장 부재)
액체 물제한적 (극지방 지하에 존재 가능)
테라포밍 방법
대기 가열온실가스 방출 (이산화탄소, 메탄 등)
궤도 거울 설치 (태양 복사열 증가)
핵폭탄 사용 (논란의 여지 있음)
대기 조성 변화광합성 박테리아 살포 (산소 생산)
질소 공급 (대기 안정화)
물 공급 (빙하 녹이기, 소행성 충돌)
자기장 형성기술적 난제 (인공 자기장 생성 연구)
표면 환경 개선식물 식재 (토양 안정화, 산소 생산)
인공 생태계 조성
예상 결과
대기압 증가인간 생존 가능 수준으로
평균 온도 상승액체 물 존재 가능 온도
대기 조성 변화산소 농도 증가, 질소 안정화
액체 물 확보강, 호수, 바다 형성 가능
생태계 조성식물, 동물 서식 가능
윤리적 문제
기존 생명체 존재 가능성토착 미생물 보호 문제
환경 파괴화성 고유 환경 훼손 논란
소유권 문제테라포밍된 화성의 소유권 분쟁 가능성
기술적 난제
대규모 에너지 필요테라포밍 과정에 필요한 막대한 에너지 공급 문제
장기간 소요수백 년에서 수천 년 이상 소요 예상
자기장 형성현재 기술로는 불가능에 가까움
지구와 유사한 환경 조성완벽한 지구화는 어려울 수 있음

2. 동기와 부작용

미래의 인구 증가, 자원 수요, 그리고 종말론적 논증에 대한 대안적 해결책으로 화성, 달과 같은 지구 외 다른 천체들에 대한 인간의 식민지화가 필요할 수 있다. 우주 식민지화는 태양계의 에너지와 물질 자원을 얻는 것을 용이하게 할 것이다.[90]

여러 면에서 화성은 태양계의 다른 모든 행성 중에서 가장 지구와 유사하다. 화성은 화성의 지질학적 역사 초기에는 더 두꺼운 대기와 풍부한 물을 가진 지구와 더 비슷한 환경을 가졌었으나, 수억 년에 걸쳐 대기 탈출로 인해 손실된 것으로 생각된다.[91] 이러한 유사성과 근접성을 고려할 때, 화성은 태양계에서 가장 그럴듯한 테라포밍 대상 중 하나가 될 것이다.

테라포밍의 부작용으로는, 그러한 생명체가 존재할 경우 화성의 생명체를 잠재적으로 대체하거나 파괴할 수 있다는 점이 있다.[92][93][94][95]


3. 문제점

미래에는 인구 증가와 자원 고갈로 인해 새로운 주거 환경이 필요할 것으로 예상된다. 이러한 상황에서 화성은 지구와 가장 비슷한 행성으로 주목받고 있지만, 테라포밍에는 여러 기술적, 윤리적 문제가 존재한다.

화성 환경은 다음과 같은 주요 문제점들을 안고 있다.

문제점설명
낮은 광량지구의 약 60%[96]
낮은 중력지구 중력의 38%
독성 대기호흡 불가능[12]
낮은 대기압지구의 약 1% (암스트롱 한계보다 낮음)
우주 방사선태양열 이온화 및 우주 방사선 유입[13]
낮은 기온평균 -63°C[14]
분자 불안정성유기 화합물 등 주요 분자 결합 파괴
먼지 폭풍전 지구적 규모
식량 부족천연 식량원 없음[15]
독성 토양독성 토양[16][17]
자기장 부재태양풍 방어 불가



지구와 목성은 두꺼운 대기를 보존할 수 있지만, 화성은 그렇지 못해 대기 구성 기체를 주기적으로 공급하거나 뚜껑을 씌워야 한다. 하지만 태양계에는 화성에 충분한 공기를 공급할 자원이 부족하고, 뚜껑은 태양열과 빛을 막아 온도를 더 낮출 수 있다.

화성은 자기장이 희박하여 태양계의 유해 물질을 막기 어렵다. 이는 얇은 대기 때문에 소실된 것으로 추정된다.

3. 1. 환경적 제약

화성의 환경은 테라포밍을 위해 극복해야 할 몇 가지 문제점을 제시하며, 이는 특정 주요 환경 요인에 의해 제한될 수 있다. 주요 환경 요인은 다음과 같다.

  • 감소된 빛의 세기 (지구의 약 60%)[96]
  • 낮은 표면 중력 (지구 중력의 38%)
  • 독성 대기
  • 낮은 대기압 (지구의 약 1%, 암스트롱 한계보다 낮은 수치)
  • 태양열의 이온화 및 표면에서의 우주방사선의 유입[97]
  • 낮은 평균 기온 (−63 °C)[98]
  • 분자의 불안정성
  • 화성 어디에나 있는 황사 폭풍
  • 천연 음식 공급원 없음
  • 독성 토양[99][100]
  • 태양풍으로부터 방어할 수 있는 자기장이 없음


화성은 자기장이 희박하다. 이는 태양계에서 오는 각종 유해 물질을 막기 힘들다는 것을 의미한다. 화성 생성 초기에 얇은 대기 때문에 소실되었다고 짐작된다.

이 도표는 화성이 지구의 평균 온도에 가까울 경우 화성에서 탈출하는 대기의 변화를 보여준다. 화성은 과거에 (표면에 액체 상태의 물이 있다는 증거 때문에) 따뜻했던 것으로 추정되며, 테라포밍은 화성을 다시 따뜻하게 만들 것이다. 이런 온도에서 산소와 질소는 지금보다 훨씬 빨리 우주로 빠져나갈 것이다.

3. 2. 우주 기후의 영향

화성은 고유의 자기장이 없어 태양풍이 화성 대기와 직접 상호작용하며, 이는 자기장 튜브를 형성한다.[101] 그러나 이러한 자기장 튜브는 태양 복사를 막고 대기를 유지하는 데 어려움을 준다.

자기장 부족, 상대적으로 작은 질량, 대기 광화학 작용은 시간이 지남에 따라 화성 표면의 액체 물이 증발하고 손실되는 원인이 되었다.[103] 화성 궤도 탐사선은 태양풍에 의해 화성 대기 원자가 방출되는 것을 감지했는데, 이는 태양풍이 시간이 지나면서 화성 대기를 벗겨냈음을 보여준다. 반면 금성은 밀도가 높은 대기를 가지고 있지만, 큰 쌍극자 유도 자기장이 없어 수증기가 거의 없다(20ppm).[101][102][103] 지구의 오존층은 자외선을 차단하여 물이 수소와 산소로 분해되는 것을 막아 추가적인 보호를 제공한다.[104]

3. 3. 낮은 중력과 압력

화성의 표면 중력은 지구의 38% 수준이다. 이것이 무중력과 관련된 건강 문제를 예방하기에 충분한지는 알려져 있지 않다.[105]

화성의 대기압은 해수면에서 지구 대기압의 약 1% 수준이다. 레골리스와 남극에 충분한 얼음이 있어 행성 온난화로 방출되면 대기를 형성할 수 있을 것으로 추정된다.[106] 화성 표면에 액체 물이 다시 나타나면 온난화 효과와 대기 밀도가 증가할 수 있지만,[106] 낮은 화성의 중력으로 인해 표면에서 최적의 압력을 얻으려면 지구 대기 질량의 2.6배가 필요하다.[106][134] 대기 밀도를 증가시키기 위한 추가 휘발성 물질은 암모니아를 질소의 공급원으로 포함하는 여러 개의 거대한 소행성을 다른 궤도로 변경하는 것과 같은 외부 공급원에서 공급해야 한다.[106]

현재 화성 대기의 기압은 1kPa 미만이며 암스트롱 한계인 6kPa에 크게 못 미치는데, 매우 낮은 압력으로 인해 침, 눈물, 폐포를 적시는 액체와 같은 노출된 체액이 끓어 없어진다. 압력 보호복이 없다면, 어떤 방법으로도 통기 가능한 산소가 몇 분 이상 생명을 유지할 수 없을 것이다.[107][108] NASA의 기술 보고서에서 암스트롱 한계 이하의 압력에 노출된 후, 한 생존자는 "마지막 의식 기억은 혀에 물이 끓기 시작하는 것"이라고 보고했다.[108] 이런 상황에서는 압박복이 생명유지장치를 제공하지 않는 한 인간은 몇 분 안에 사망한다.

만약 화성의 대기압이 19 kPa 이상으로 상승할 수 있다면, 압력복이 필요하지 않을 것이다. 방문객들은 양압 상태에서 100% 산소를 공급하는 마스크만 착용하면 된다. 대기압이 24kPa로 더 증가하면 순수한 산소를 공급하는 간단한 마스크로도 충분할 것이다.[109] 이것은 병에 든 산소의 불충분한 양이 종종 사망과 함께 저산소증을 초래하는, 죽음의 구역이라고도 불리는 37 kPa 이하의 압력으로 모험하는 등산객들과 비슷해 보일 수 있다.[110] 그러나 이산화탄소(또는 기타 유독 가스)가 증가하여 대기압이 증가하는 경우, 마스크는 외부 대기가 호흡 장치에 들어가지 않도록 해야 한다. 1%의 낮은 이산화탄소 농도는 사람에게 졸음을 유발한다. 충분한 산소가 있는 경우에도 7%에서 10%의 농도는 질식을 유발할 수 있다.

3. 4. 화성에서의 호흡

현재 화성의 대기압은 1kPa 미만으로, 암스트롱 한계(6kPa)보다 훨씬 낮다. 이러한 낮은 압력에서는 침, 눈물, 폐를 젖시는 액체와 같은 인체의 체액이 끓어오른다.[107] 압력복이 없으면 호흡 가능한 산소를 공급하더라도 생명 유지가 불가능하다.[107][108] NASA의 보고서에 따르면, 암스트롱 한계 미만의 압력에 노출된 한 생존자는 "마지막 기억은 혀의 물이 끓기 시작하는 것이었다"고 회상했다.[108]

만약 화성의 대기압이 19kPa 이상으로 상승하면 압력복은 필요하지 않을 것이다. 대신 방문객들은 양압으로 100% 산소를 공급하는 마스크만 착용하면 된다. 대기압이 24kPa까지 더 증가하면, 순수한 산소를 공급하는 간단한 마스크로도 충분하다.[109] 이는 사망 구역(37kPa 이하)에서 활동하는 등반가들이 겪는 저산소증과 유사한 상황이다.[110]

그러나 대기압 증가가 이산화 탄소(CO2) 또는 기타 유독 가스 증가로 인한 것이라면, 마스크는 외부 대기가 호흡 장치로 들어가는 것을 막아야 한다. 이산화 탄소 농도가 1%만 되어도 졸음을 유발하며, 7~10% 농도에서는 충분한 산소가 있어도 질식을 유발할 수 있다.[109]

4. 장점

미래에는 인구 증가와 자원 고갈로 인해 새로운 인간 주거 환경이 필요하게 될 것이며, 이에 따라 달이나 화성과 같은 가까운 행성들이 가장 적합한 대안으로 떠오르고 있다. 우주 이민은 태양계의 에너지와 물질 자원을 활용하는 것을 용이하게 할 것이다.[90]

여러 측면에서 화성은 태양계에서 지구와 가장 비슷한 행성으로 평가받는다. 과거에는 지구와 더 유사한 환경을 가졌다는 증거도 많이 발견되었지만, 현재는 물과 대기가 고갈된 상태이다. 이러한 이유로, 그리고 우리가 현재 지구만을 가지고는 넓은 우주를 이해하기에 부족하기 때문에, 행성 식민지화를 시작해야 하며, 이것이 곧 인간 발전의 중요한 단계가 될 것이다.

가상 테라포밍된 화성

4. 1. 지구와의 유사성

여러 면에서 화성은 태양계의 다른 모든 행성들 중에서 가장 지구와 유사하다.[91] 화성은 화성의 지질학적 역사 초기에 더 두꺼운 화성의 대기와 풍부한 물을 가진, 지구와 더 비슷한 환경을 가졌던 것으로 추정된다.[6] 이러한 유사성과 근접성을 고려할 때, 화성은 태양계에서 테라포밍을 하기에 가장 적합한 행성 중 하나로 평가된다.[91]

화성은 극관에 많은 물이 고체 상태로 존재한다.[118] 이 얼음이 녹으면 11m 깊이의 바다를 생성할 수 있다. 이 얼음은 드라이아이스도 포함하는데, 이를 녹이면 대기를 형성하는 데 도움이 된다. 실제로 여름에는 이산화탄소가 구름을 생성하기도 한다.[118]

과학자들에 따르면, 화성은 농축된 온실가스가 대기압을 증가시킬 수 있다면 표면의 액체 물이 지탱될 수 있는 태양계의 지역인 생명체 거주가능 영역의 바깥 가장자리에 존재한다.[106]

4. 2. 생명체 거주 가능 영역

화성은 태양계의 생명체 거주가능 영역 바깥 가장자리에 위치하지만, 과학자들은 농축된 온실가스가 대기압을 증가시켜 표면에 액체 상태의 물이 유지될 수 있다고 한다.[106] 이는 화성 테라포밍의 가능성을 시사하는 중요한 요소이다.

4. 3. 과거 환경

여러 면에서, 화성은 태양계의 다른 모든 행성들 중에서 가장 지구와 유사하다. 화성은 지질 역사 초기에 대기 탈출로 수억 년 동안 손실된 두꺼운 대기와 풍부한 물이 있어 지구와 비슷한 환경이 있었던 것으로 추정된다.[91] 화성이 초기 발달 단계에서 지구만큼 두꺼운 대기를 가졌고, 그 압력이 표면에 풍부한 액체 화성의 물을 유지했다는 강력한 징후가 있다.[113] 비록 물이 화성 표면에 한때 존재했던 것처럼 보이지만, 현재는 중위도부터 극지방까지 지하 얼음이 존재한다.[114][115]

4. 4. 필수 요소

화성은 태양계에서 지구와 가장 유사한 행성 중 하나로, 지질 역사 초기에는 더 두꺼운 대기와 풍부한 물을 가진 환경이었을 것으로 추정된다.[91] 이러한 유사성과 근접성 때문에 화성은 테라포밍의 유력한 대상 중 하나로 꼽힌다.

화성의 토양과 화성의 대기는 생명체에게 중요한 황, 질소, 수소, 산소, 인, 탄소 등을 포함하고 있다.[116] 또한, 화성의 극지방에는 많은 양의 물이 얼음 상태로 존재하며, 이 얼음이 녹으면 11m 깊이의 바다를 생성할 수 있다. 극지방의 얼음에는 드라이아이스도 포함되어 있어, 이를 녹이면 대기 생성에 도움이 될 수 있다.[118][119] 실제로 여름에는 이산화탄소가 구름을 생성하기도 한다.[120]

과학자들은 화성이 생명체 거주가능 영역의 바깥 가장자리에 위치하지만, 농축된 온실가스가 대기압을 증가시킨다면 표면에 액체 상태의 물이 존재할 수 있을 것이라고 예측한다.[106]

4. 5. 온실 효과

단기적으로 유도된 기후 변화는 대기 중 이산화 탄소와 그에 따른 대기 중 수증기의 증가로 인한 온실 효과에 의해 발생할 가능성이 높다. 이 두 기체는 화성 환경에서 온실 온난화의 유일한 원인일 가능성이 있다.[117] 많은 양의 물 얼음이 화성 표면 아래뿐만 아니라 극지방의 표면에도 존재하는데, 이 표면에는 드라이아이스, 즉 얼린 CO2가 혼합되어 있다. 상당한 양의 물이 화성의 남극에 위치해 있는데, 만약 녹인다면, 수심 5-11미터의 행성 전체에 해당하는 바다가 될 것이다.[118][119] 극지방의 냉동 이산화탄소는 화성 여름 동안 대기 중으로 승화되고, 적은 양의 물 잔여물이 남는데, 이것은 빠른 바람이 400km에 육박하는 속도로 극지방들을 휩쓸어 버린다. 이 계절적 현상은 지구와 같은 얼음 구름을 형성하면서 많은 양의 먼지와 물 얼음을 대기로 운반한다.[120]

4. 6. 산소

화성 대기 중 대부분의 산소는 주요 대기 성분인 이산화탄소 형태로 존재한다. 분자 산소는 미량만 존재한다.[121] 화성 표면의 금속 산화물과 토양에서 규산염 형태로도 많은 양의 산소가 발견될 수 있다.[121] 피닉스 착륙선이 채취한 토양 샘플 분석 결과 과염소산염이 존재하며, 이는 화학적 산소 발생기에서 산소를 방출하는 데 사용되었다.[122] 충분한 액체 상태의 물과 전기가 있다면 전기 분해를 사용하여 화성의 물을 산소와 수소로 분리할 수 있다. 그러나 대기 중으로 방출되면 우주로 탈출할 것이다.

5. 제안된 방법 및 전략



화성은 태양계에서 테라포밍에 가장 적합한 행성으로 평가받으며, 극관에는 많은 양의 물이 얼음 상태로 존재한다.[118][119] 이 얼음이 녹으면 11m 깊이의 바다를 생성할 수 있으며, 드라이아이스도 포함되어 있어 이를 녹이면 대기 생성에 도움이 된다. 실제로 여름에는 이산화탄소가 구름을 생성하기도 한다.[120]

과학자들에 따르면, 화성은 농축된 온실가스가 대기압을 증가시킬 수 있다면 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 생명체 거주가능 영역의 바깥 가장자리에 위치한다.[106] 화성의 토양과 대기는 생명체에 중요한 황, 질소, 수소, 산소, 인, 탄소 등을 포함하고 있다.[116]

단기적으로 기후 변화는 대기 중 이산화탄소와 수증기 증가로 인한 온실 온난화에 의해 유발될 수 있다.[117] 극지방에는 드라이아이스와 섞인 많은 양의 물 얼음이 존재하며, 남극의 얼음이 녹으면 수심 5m-11m의 바다를 형성할 수 있다.[118][119] 극지방의 냉동 이산화탄소는 화성 여름 동안 대기 중으로 흡수되고, 적은 양의 물 잔여물이 남아 빠른 바람에 의해 먼지와 함께 대기로 운반되어 지구와 같은 얼음 구름을 형성한다.[120]

화성 대기의 대부분의 산소는 이산화탄소 형태로 존재하며, 분자 산소는 미량만 존재한다.[121] 피닉스 착륙선의 토양 샘플 분석 결과 과염소산염이 발견되었는데, 이는 산소 발생에 사용될 수 있다.[122] 전기 분해를 통해 물을 산소와 수소로 분리할 수 있지만, 분출된 수소는 우주로 탈출할 것이다.

화성 테라포밍은 자기권 구축, 대기 구축, 온도 상승의 세 가지 주요 변화를 수반한다. 화성의 얇은 대기와 낮은 표면 압력은 문제이지만, 대기가 주로 온실 기체인 이산화탄소로 구성되어 있어 가열되면 표면 근처의 열에너지를 유지하는 데 도움이 될 수 있다. 극지방의 얼어붙은 이산화탄소가 대기 중으로 유입되면 온실 효과가 더욱 강화된다. 그러나 태양풍에 의한 침식을 막을 지구 자기장이 없어 대기를 유지하는 것은 어려운 과제이다.[123][124][125][126]

5. 1. 대기 조성 변화

화성의 대기는 상대적으로 얇고 표면 압력이 매우 낮다. 화성 대기는 주로 온실 기체인 이산화 탄소로 구성되어 있어, 화성이 가열되기 시작하면 이산화탄소가 표면 근처의 열에너지를 유지하는 데 도움이 될 수 있다.[123][124][125][126] 더워지면서 극지방의 얼어붙은 이산화탄소가 대기 중으로 유입되어 온실 효과를 높인다. 이는 대기를 만들고 가열하는 두 가지 과정이 서로를 증폭시켜 테라포밍에 유리하게 작용한다는 것을 의미한다.

'''건조한 대기 비교'''
대기
특성		화성지구
기압0.61kPa101.3kPa
이산화 탄소 (CO2)96.0%0.04%
아르곤 (Ar)2.1%0.93%
질소 (N2)1.9%78.08%
산소 (O2)0.145%20.94%



하지만, 태양풍에 의한 침식으로부터 보호하는 지구 자기장이 없어 대기를 유지하는 것은 어려울 것이다.[123][124][125][126]

5. 2. 암모니아 가져오기

화성 대기를 늘리는 한 가지 방법은 암모니아를 도입하는 것이다. 많은 양의 암모니아가 태양계 외행성들에 동결 형태로 존재할 가능성이 있다. 암모니아가 풍부한 물체나 그보다 작은 물체들이 화성과 충돌하여 암모니아를 화성 대기로 옮기는 것이 가능할지도 모른다.[127][106] 그러나 암모니아는 화성 대기에서 안정적이지 않다. 그것은 몇 시간 후에 (이원자) 질소와 수소로 분해된다.[128] 따라서 암모니아가 강력한 온실 가스이기는 하지만, 행성의 온난화를 많이 일으키지는 않을 것이다. 아마도 이 질소 가스는 화성의 원래 대기의 대부분을 빼앗은 것과 같은 과정에 의해 결국 고갈될 것이지만, 이 과정들은 수억 년이 걸릴 것으로 예상된다. 가벼워졌기 때문에 수소는 훨씬 더 빨리 제거될 것이다. 이산화 탄소는 암모니아 밀도의 2.5배, 화성이 겨우 버티고 있는 질소 가스는 밀도의 1.5배가 넘기 때문에 분해되지 않은 수입된 암모니아도 우주로 빠르게 사라지게 된다.

5. 3. 탄화수소 가져오기

타이탄 등에서 메테인(CH4)이나 다른 탄화수소를 가져오는 방법이 제안된다.[47][48] 타이탄의 대기와 표면에는 탄화수소가 풍부하며, 메테인은 대기 중으로 방출되어 온실 효과를 증폭시키는 역할을 할 수 있다.[49] 하지만 암모니아와 마찬가지로 메테인도 비교적 가벼운 기체이다. 밀도가 암모니아보다 낮아 화성에 유입될 경우 더 빠른 속도로 우주로 손실된다. 메테인이 우주로 탈출하는 것을 막는 방법을 찾더라도, 파괴되기 전까지 화성 대기에 존재할 수 있는 기간은 제한적이다. 수명은 0.6~4년으로 추정된다.[50][51]

5. 4. 플루오린 화합물의 사용

육플루오린화 황, 염화 플루오린화 탄소(CFC), 과플루오린화탄소(PFC)와 같은 강력한 온실 기체는 화성을 초기에 따뜻하게 하고 장기적인 기후 안정을 유지하는 수단으로 제시되어 왔다.[106][134][135][117] 이 기체들은 이산화 탄소보다 수천 배 더 강한 온실 효과를 발생시키기 때문에 도입이 제안되었다. 오존 파괴를 막기 위해 염소 기반 화합물보다 육플루오린화황과 과플루오린화탄소 같은 불소 기반 화합물이 선호된다.

남극의 이산화 탄소 빙하를 승화시키기 위해서는 화성의 대기에 대략 0.3 마이크로바의 염화 플루오린화 탄소를 도입할 필요가 있을 것으로 추정되었다.[135] 이는 1972년부터 1992년까지(국제 조약에 의해 CFC 생산이 금지되었을 때) 지구에서 제조된 CFC의 약 3배에 해당하는 약 3900만 톤의 질량과 맞먹는다.[135] 온도를 유지하려면 광분해로 인해 파괴되는 화합물의 지속적인 생산이 필요하다. 지구형성 대기에 지구와 같은 압력과 조성물이 존재한다면 연간 170kt의 최적 온실 화합물(CF3CF2CF3, CF3SCF2CF3, SF6, SF5CF3, SF4(CF3)2)을 도입하는 것만으로도 70K의 온실효과를 유지하기에 충분할 것으로 추정되고 있다.[134]

일반적인 제안은 현지에서 추출된 물질, 원자력, 그리고 상당한 산업적 노력을 사용하여 화성에서 가스를 생산하는 것이다. CFC와 PFC의 생산에 필요한 원료를 얻기 위해 플루오린을 함유한 광물을 채굴할 수 있는 가능성은 화성의 대량 조성에 플루오린의 원소 존재를 질량으로 32ppm으로 추정하는 광물학적 조사에 의해 뒷받침된다.[134]

또는 압축된 CFC 탑재 로켓을 화성 충돌 코스로 보내 CFC를 도입할 수도 있다.[121] 로켓이 표면에 충돌할 때 그들은 탑재물을 대기 중으로 방출한다. 화성이 화학적으로 변화하고 따뜻해지는 동안 이러한 'CFC 로켓'의 지속적인 탄막은 10년 조금 더 지속되어야 할 것이다.

5. 5. 궤도 거울의 사용

알루미늄으로 처리된 얇은 PET 필름으로 만들어진 거울을 화성 주변 궤도에 배치하여 화성이 받는 총 일사량을 증가시킬 수 있다.[106] 이는 햇빛을 표면으로 향하게 하여 화성의 표면 온도를 직접적으로 높일 수 있다. 반경 125km의 거울은 솔라 세일로서의 효과를 이용하여 화성과 상대적으로 고정된 위치, 즉 극 근처의 스타테이트로 배치하여 이산화탄소(CO₂영어) 얼음 층을 승화시키고 온실 효과에 기여할 수 있다.[106]

5. 6. 반사율 감소

화성 표면의 반사율을 줄이면 태양 에너지를 더 효율적으로 흡수할 수 있다.[136] 이는 화성의 위성인 포보스와 데이모스에서 가져온 어두운 먼지를 뿌리거나, 지의류, 조류, 박테리아와 같은 어두운 극한환경 미생물을 도입하는 방법으로 이루어질 수 있다. 이렇게 하면 화성 표면이 더 많은 햇빛을 흡수하여 대기를 따뜻하게 하는 데 도움이 된다. 하지만, 화성은 이미 태양계에서 두 번째로 어두운 행성이기 때문에 반사율을 줄일 수 있는 여지는 제한적이다.

만약 조류나 다른 녹색 생명체가 화성에 정착하게 된다면, 대기에 소량의 산소를 제공할 수 있지만, 인간이 숨을 쉴 수 있을 만큼 충분한 양은 아니다. 또한, 산소는 물이 있어야 생성될 수 있는데, 물이 없으면 이산화 탄소는 대부분 탄수화물로 전환된다.[137] 게다가 화성에서는 산소의 순환이 없기 때문에 산소가 우주로 사라져, 행성에 영구적인 손실을 가져온다. 이러한 이유로 조류와 같은 생명체는 폐쇄된 시스템 안에서 배양해야 한다.

2012년 4월 26일, 과학자들은 독일 항공우주 센터(DLR)의 화성 시뮬레이션 연구소(MSL)에서 34일 동안 진행된 실험에서 지의류가 생존했으며, 광합성 활동 적응 능력에 대한 주목할 만한 결과를 보였다고 보고했다.[138][139]

반사율 감소와 관련하여 주의해야 할 점은 화성에서 흔히 발생하는 먼지 폭풍이다. 먼지 폭풍은 몇 주 동안 행성 전체를 뒤덮어 반사율을 높이고, 햇빛이 지표면에 도달하는 것을 막는다. 이로 인해 표면 온도가 하락하고, 회복하는 데 수개월이 걸리기도 한다.[140] 먼지가 가라앉으면 표면에 내려앉아 반사율 감소 물질을 덮어버리는 문제도 발생한다.

5. 7. 에코포에시스 (Ecopoiesis) 연구

화성 에코포이에시스 테스트 베드는 태양열과 광합성을 위한 투명한 돔과 산소 생산 지구 유기체와 함께 화성 토양을 수집하고 밀봉하는 코르크 마개 시스템을 보여준다. 전체 길이는 약 이다.


2014년부터 미국 항공우주국(NASA) 첨단 개념 연구소(NIAC)와 Techshot Inc.는 화성 토양에서 분자 산소(O2)를 생산하기 위해 산소를 생산하는 남세균과 조류 군집을 이용한 밀폐된 바이오돔 개발에 협력하고 있다.[68][69][70] 이들은 우선 이 기술을 화성에서 소규모로 작동하는지 시험해야 한다.[71] 이 제안은 화성 에코포이에시스 테스트 베드라고 불린다.[72] 유진 볼랜드는 인디애나 주 그린빌에 위치한 Techshot의 수석 과학자이다.[68]

이들은 미래 로버 임무에 극한 환경 미생물 광합성 조류와 남세균을 담은 작은 용기를 보낼 계획이다. 로버는 액체 상태의 물이 존재할 가능성이 있는 곳에 7cm 크기의 용기를 코르크 마개로 고정하여 화성 토양 일부를 채취한 후, 밀폐된 토양 내에서 성장할 산소 생산 미생물을 방출한다.[68][73] 이 장비는 화성 지하 얼음을 액체 물로 변화시킬 것이다.[71] 이후 시스템은 신진대사 부산물로 방출되는 산소를 감지하고, 화성 궤도 중계 위성에 결과를 보고한다.[70][73]

이 실험이 화성에서 성공하면, 미래 화성 유인 탐사의 생명 유지 시스템을 위해 산소를 생산하고 수확하는 폐쇄 생태 시스템인 크고 밀폐된 구조물 여러 개를 건설할 계획이다.[73][74] 이곳에서 산소를 생성할 수 있다면 NASA의 상당한 비용 절감 효과를 가져올 것이며, 우주비행사가 무거운 산소 탱크를 직접 운반해야 하는 경우보다 더 오랫동안 화성을 방문할 수 있게 될 것이다.[74] ''에코포이에시스''라고 불리는 이 생물학적 과정은 격리된 구역에서 이루어지며, 화성 대기 테라포밍을 위한 전 지구적 행성 공학의 한 종류로 의도된 것은 아니다.[70][74] NASA는 "이것은 실험실 연구에서 행성 생물학, 에코포이에시스, 테라포밍에 가장 큰 관심을 갖는 실험적(분석적 반대) 행성 ''현장'' 연구의 실행으로의 첫 번째 주요 도약이 될 것이다."라고 언급했다.[70]

2015년 6월 아칸소 대학교 연구에 따르면 일부 메탄 생성균은 화성 대기의 낮은 압력에서 생존할 수 있다고 한다.[75] 레베카 미콜은 자신의 실험실에서 4종의 메탄 생성균이 화성의 지하 액체 대수층과 유사한 저압 조건에서 생존함을 발견했다. 그녀가 테스트한 4종은 ''Methanothermobacter wolfeii'', ''Methanosarcina barkeri'', ''Methanobacterium formicicum'', ''Methanococcus maripaludis''였다.[32] 메탄 생성균은 산소나 유기 영양소를 필요로 하지 않고, 광합성을 하지 않으며, 수소를 에너지원으로, 이산화탄소(CO2)를 탄소원으로 사용하기 때문에 화성의 지하 환경에 존재할 수 있다.[32]

5. 8. 대기 보호

화성은 고유의 자기장이 없어, 태양풍이 직접 대기와 상호작용한다.[101] 이는 태양 복사를 막고 대기를 유지하는 데 어려움을 준다. 자기장 부족, 작은 질량, 대기 광화학 작용은 시간이 지남에 따라 표면 액체 물의 증발과 손실에 기여했을 것이다.[103] MAVEN 탐사선은 태양풍에 의해 화성 대기 원자가 방출되는 것을 감지했는데, 이는 태양풍이 화성 대기를 벗겨냈다는 것을 보여준다.[149] 반면, 금성은 밀도 높은 대기를 가졌지만, 큰 쌍극자 유도 자기장이 없어 수증기가 거의 없다.[101][102][103] 지구의 오존층은 자외선을 차단하여 추가적인 보호를 제공한다.[104]



테라포밍된 화성의 대기가 우주로 사라지지 않도록 보호하는 것은 중요한 문제이다. 과학자들은 인공 자기장을 만드는 것이 해결책이 될 수 있다고 추측한다.

5. 8. 1. 인공 자기권 구축

화성 테라포밍의 핵심 과제 중 하나는 대기가 우주로 유실되는 것을 막는 것이다. 일부 과학자들은 행성 전체에 인공 자기권을 생성하는 것이 이 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있다고 추측한다. 일본 국립 융합 과학 연구소(NIFS)의 두 과학자에 따르면, 충분한 양의 직류를 흘려보내는 냉각된 위도 방향 초전도 링 시스템을 구축함으로써 현재 기술로도 이것이 가능하다고 한다.[150] 이들은 해당 시스템을 행성 에너지 전송 및 저장 시스템(SMES)으로도 활용하여 경제적 영향을 최소화할 수 있다고 주장한다.

5. 8. 2. L1 궤도에서의 자기 방패

화성은 고유의 자기장이 약해서 태양풍에 의해 대기가 깎여나가는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 화성과 태양 사이 L1 라그랑주 점에 자기 쌍극자장을 배치하여 태양풍을 막는 방법이 제안되었다.[103]

화성 L1 궤도의 자기장 방어막


2017년 NASA 과학자 짐 그린은 행성과 태양 사이에 자기 쌍극자장을 두는 개념을 제안했다.[103] 이 방패는 화성의 라그랑주 궤도 L1에 약 320 R♂ 지점에 위치하여 부분적이고 멀리 떨어진 인공 자기권을 형성한다. 이 자기장은 지구 반지름 1 지점에서 측정 시 50μT를 유지해야 한다. 논문 초록에서는 1~2테슬라의 강도를 가진 자석으로 이를 달성할 수 있다고 언급했다.[78] 이 방어막이 건설되면 행성이 대기를 부분적으로 회복할 수 있을 것이다.[20][79][80]

시뮬레이션 결과, 이 방패가 만들어지면 수년 안에 화성은 지구 대기압의 절반을 달성할 수 있을 것으로 예상된다. 태양풍의 영향이 없어지면 극지방의 얼어붙은 이산화 탄소가 승화하여 적도를 따뜻하게 하고, 얼음이 녹아 바다를 형성할 것이다. 한 연구원은 화산 분출로 인해 현재 지구의 대기 손실과 어느 정도 균형을 이루는 수준으로 대기가 보충될 것이며, 이는 극지방의 얼음을 녹여 화성 선사 시대 바다의 1/7을 채울 수 있을 것이라고 주장한다.[103][152][153]

5. 8. 3. 포보스 궤도를 따른 플라스마 토러스

화성은 고유의 전역 자기장을 가지고 있지 않지만, 태양풍은 화성의 대기와 직접 상호 작용하여 자기장선으로부터 자기권을 형성한다.[18] 이는 태양 방사선을 완화하고 대기를 유지하는 데 어려움을 야기한다.

화성 테라포밍의 핵심 과제 중 하나는 현재와 미래에 생성될 대기가 우주로 유실되는 것을 막는 것이다. 일부 과학자들은 행성 전체에 인공적인 자기권을 생성하는 것이 이 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있다고 가설을 세운다.

화성의 테라포밍을 위해 위성 포보스의 궤도를 따라 생성된 플라스마 토러스는 위성에서 나온 입자를 이온화하고 가속하여 테라포밍된 화성을 보호할 만큼 강력한 자기장을 생성할 수 있다.[81][82]

5. 9. 물 전기 분해를 통한 산소 생성

산소 발생도 참고

2024년 화성에서 화성의 지하수가 풍부하게 발견되었다.[83] 핵융합 또는 핵분열을 통해 7 제타와트시의 전력을 생산하여 물을 전기 분해해 수소와 산소로 분리, 지구 대기 수준의 산소를 생산해야 할 것으로 추정된다. 이 과정에서 120조 톤의 수소와 880조 톤의 산소, 그리고 발전소에서 수증기가 생성될 것이다.[84]

5. 10. 파라테라포밍(Paraterraforming)과 유전자 변형 식물

파라테라포밍은 다른 행성에 거주 가능한 온실 또는 바이오돔을 건설하여 식물 생명체를 구축하는 개념이다. NASA는 노스캐롤라이나 주립대를 후원하여 화성에서 더 잘 생존할 수 있는 맞춤형 식물/나무 또는 유전자 변형된 식생에 대해 연구하고 있다. 지구의 극호성 생물에서 CRISPR 유전자 편집을 사용하여 혹독한 화성 토양과 대기 (자외선, 극심한 추위, 낮은 대기압, 과염소산염, 가뭄 저항성)을 견딜 수 있도록 돕는다.[87] 이 식물들은 야외에서 시험하여 화성의 완전한 테라포밍을 위한 생태계를 시작할 수 있다.[88]

6. 테라포밍의 열역학

화성의 테라포밍은 자기권 형성, 대기 형성, 온도 상승이라는 세 가지 주요 변화를 수반한다. 화성의 대기는 얇고 표면 압력이 매우 낮다. 화성이 가열되면 대기는 주로 온실 기체인 이산화 탄소(CO2)로 구성되어 표면 근처의 열에너지를 유지하는 데 도움을 준다. 극지방의 얼어붙은 이산화탄소가 대기 중으로 유입되면 온실 효과는 더욱 증폭된다. 이 두 과정은 서로를 강화하며 테라포밍에 유리하게 작용한다. 하지만 태양풍에 의한 침식으로부터 보호하는 지구 자기장이 없어 대기를 유지하기는 어렵다.[123][124][125][126]

육플루오린화 황, 염화 플루오린화 탄소(CFC), 과플루오린화탄소(PFC)와 같은 강력한 온실가스는 초기 화성을 따뜻하게 하고 장기적인 기후 안정을 유지하는 수단으로 제시되었다.[106][134][135][117] 이산화탄소보다 수천 배 강력한 온실 효과를 가지기 때문이다. 오존을 파괴하는 염소 기반 화합물보다 육플루오린화황과 과플루오린화탄소 같은 불소 기반 화합물이 선호된다. 남극의 이산화탄소 빙하를 승화시키려면 화성 대기에 약 0.3 마이크로바의 염화 플루오린화 탄소를 도입해야 한다.[135] 이는 1972년부터 1992년까지 지구에서 제조된 CFC의 약 3배에 해당하는 약 3900만 톤의 질량과 맞먹는다.[135] 온도를 유지하려면 광분해로 파괴되는 화합물을 지속적으로 생산해야 한다. 지구와 같은 압력과 조성의 대기가 존재한다면 연간 170kt의 최적 온실 화합물(CF3CF2CF3, CF3SCF2CF3, SF6, SF5CF3, SF4(CF3)2)을 도입하는 것만으로도 70K의 온실효과를 유지하기에 충분할 것으로 추정된다.[134]

현지에서 추출한 물질, 원자력, 상당한 산업적 노력을 사용하여 화성에서 가스를 생산하는 방법이 제안된다. CFC와 PFC 생산에 필요한 원료를 얻기 위해 플루오린 함유 광물을 채굴할 수 있다.[134] 압축된 CFC를 탑재한 로켓을 화성 충돌 코스로 보내 CFC를 도입할 수도 있다.[121] 로켓이 표면에 충돌하면 탑재물을 대기 중으로 방출한다. 이러한 'CFC 로켓'의 지속적인 탄막은 10년 이상 지속되어야 한다.

알루미늄 처리된 얇은 PET 필름으로 만들어진 거울을 화성 주변 궤도에 배치하여 수신되는 총 일사량을 증가시킬 수 있다.[106] 햇빛을 표면으로 향하게 하여 화성의 표면 온도를 직접 증가시킬 수 있다. 반경 125km의 거울은 태양 돛의 효과를 이용하여 극지방 근처의 화성에 상대적인 정지된 위치에서 궤도를 돌면서 CO2 빙상을 승화시키고 온실효과에 기여할 수 있다.[106]

1993년 Zubrin과 McKay는 남극 만년설에서 CO2를 승화하는 데 필요한 전체 에너지를 모델링했다.[106] 궤도거울을 사용하면 만년설을 증발시킬 만큼 큰 거울을 만드는 데 120MW년 정도의 전기 에너지가 필요하다. 이 방법은 가장 효과적이지만 실용적이지 않다. 강력한 할로젠화탄소 온실가스를 사용하면 1000MW년의 전기 에너지가 필요하다. 이산화탄소를 모두 대기 중으로 배출해도 현재 대기압을 6mbar에서 12mbar로 두 배 정도만 증가시키며, 이는 지구 평균 해수면 압력의 약 1.2%에 불과하다.[117] 100mbar의 이산화탄소를 대기 중에 배출하면 약 10K 정도의 온난화가 발생한다.[117] 대기권에 진입하면 표면 아래 확산과 흡착 또는 극 뚜껑에 재응축하여 빠르게 제거될 수 있다.[117]

액체 상태의 물이 존재할 수 있는 표면 또는 대기 온도는 아직 결정되지 않았지만, 대기 온도가 245,000까지 낮아도 액체 상태의 물이 존재할 수 있을 것으로 추정된다. 10,000의 온난화는 액체 상태의 물을 생산하는 데 필요한 것보다 훨씬 적다.[117]

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