화성의 위성의 포보스(Phobos)와 데이모스(Deimos)

 

화성(Mars)의 두 위성인 포보스(Phobos)와 데이모스(Deimos)는 태양계에서 가장 작은 위성들로, 그 독특한 크기와 궤도 때문에 천문학자들 사이에서 큰 관심을 받고 있습니다.

이 두 위성의 기원, 특성, 궤도, 그리고 미래 운명은 태양계의 형성과 진화 과정을 이해하는 데 중요한 단서를 제공합니다.

 

 

 

---

1. 포보스(Phobos)

(1) 기본 특성

• 크기: 약 22.4km (최대 직경)
• 형태: 불규칙하고 울퉁불퉁한 감자 모양.
• 질량: 약 1.065×10161.065 \times 10^{16}1.065×1016 kg.
• 밀도: 1.88 g/cm³ (매우 낮은 밀도로, 내부가 다공성일 가능성 제기).
• 표면 중력: 지구의 약 0.005배 (거의 무중력에 가까움).
• 반사율: 약 7% (매우 어두운 표면, 탄소질 운석과 유사).

(2) 궤도 특성

• 화성에서의 거리: 약 9,378km (화성 표면에서 매우 가까움).
• 공전 주기: 약 7시간 39분 (화성의 자전 주기보다 짧음).
• 운동 방향: 화성의 자전 방향과 같은 동방향 공전.
• 특이점: 공전 속도가 빠르기 때문에 화성에서 관측 시 하루에 두 번 떠오르고 지는 모습으로 보임.

(3) 표면 특징

• 스틱니 크레이터:
  • 포보스에서 가장 큰 크레이터로, 직경 약 9km.
  • 충격으로 인해 발생한 길고 깊은 홈이 표면 전체에 퍼져 있음.
• 홈과 균열:
  • 스틱니 충돌 이후 형성된 구조로 추정.
  • 화성의 중력적 조석력에 의해 생긴 구조일 가능성도 있음.
• 먼지와 파편:
  • 표면은 두꺼운 먼지(레골리스) 층으로 덮여 있으며, 충격에 의해 생성된 파편들이 여전히 표면을 떠돌고 있을 가능성이 큼.

(4) 미래 운명

포보스는 매년 약 1.8cm씩 화성에 가까워지고 있습니다. 3천만~5천만 년 안에 화성의 조석력에 의해 분해될 것으로 예상되며, 분해된 물질은 고리 형태로 화성을 둘러쌀 가능성이 높습니다. 이러한 고리는 약 1백만 년 후 완전히 소멸될 것으로 추정됩니다.

 

---

2. 데이모스(Deimos)

(1) 기본 특성

• 크기: 약 12.4km (최대 직경).
• 형태: 포보스보다 더 작은 불규칙한 감자 모양.
• 질량: 약 1.48×10151.48 \times 10^{15}1.48×1015 kg.
• 밀도: 약 1.47 g/cm³ (내부가 다공성일 가능성).
• 표면 중력: 지구의 약 0.003배.
• 반사율: 약 7% (매우 어두운 표면).

(2) 궤도 특성

• 화성에서의 거리: 약 23,460km (포보스보다 약 2.5배 멀리 위치).
• 공전 주기: 약 30시간 18분.
• 운동 방향: 화성의 자전 방향과 같은 동방향 공전.
• 특이점: 화성에서 관측 시 한 번 떠오르고 지는 모습으로 보임.

(3) 표면 특징

• 얕은 크레이터:
  • 포보스보다 표면의 크레이터 밀도가 낮음.
  • 상대적으로 먼지 층이 두껍게 쌓여있어 충돌 흔적이 덜 뚜렷함.
• 표면 먼지:
  • 표면에 쌓인 먼지(레골리스)는 약 수십 cm 두께로 추정.

(4) 미래 운명

데이모스는 화성에서 점점 멀어지고 있습니다. 먼 미래에는 화성의 중력권을 벗어나 독립된 천체로 변하거나 태양 궤도를 도는 새로운 소행성으로 자리 잡을 가능성이 있습니다.

 

---

3. 포보스와 데이모스의 기원

두 위성의 기원에 대해서는 아직 명확히 밝혀지지 않았지만, 주요 이론은 다음과 같습니다.

(1) 소행성 포획설

• 포보스와 데이모스는 화성의 중력에 의해 포획된 소행성일 가능성이 큽.
• 둘의 반사율과 표면 성분이 탄소질 C형 소행성과 유사하다는 점이 이 가설을 뒷받침합니다.

(2) 원시 화성 원반 형성설

• 화성 주변의 원시 원반에서 형성된 잔해 물질이 뭉쳐진 결과로 두 위성이 생성되었을 가능성.
• 이는 포보스와 데이모스의 현재 궤도 특성을 설명할 수 있습니다.

 

---

4. 포보스와 데이모스의 탐사

과거 탐사

1. 소련의 포보스 탐사선 (1988년):
   • 포보스 1호와 2호가 발사되었으나 기술적 문제로 실패.
2. NASA 탐사선:
   • 메이븐(MAVEN), 마스 글로벌 서베이어(MGS) 등이 간접적으로 관측.
3. ESA의 마스 익스프레스:
   • 포보스와 데이모스의 고해상도 이미지를 촬영.

현재 및 미래 탐사

1. MMX(Martian Moons eXploration):
   • 일본 JAXA에서 추진 중인 탐사 프로젝트.
   • 2024년 발사 예정, 포보스와 데이모스 샘플 채취 후 지구로 반환.
2. 미국 및 유럽 우주국의 계획:
   • 화성 주변 위성을 연구하여 태양계 기원을 탐구.

 

---

5. 과학적 중요성

(1) 태양계 형성 연구

• 두 위성의 구성 성분과 궤도 특성을 통해 화성 및 태양계의 초기 형성과정을 이해할 수 있습니다.

(2) 인류의 화성 탐사 전초 기지

• 포보스와 데이모스를 화성 탐사의 중간 기지로 활용하면 탐사 비용과 위험을 줄일 수 있습니다.
• 낮은 중력 환경은 우주선 연료 보급 및 과학 연구에 유리합니다.

(3) 소행성 연구 확장

• 두 위성은 소행성과 유사한 성질을 가지고 있어, 소행성에 대한 이해를 넓히는 데 기여할 수 있습니다.

 

---

결론

포보스와 데이모스는 그 작고 독특한 특성에도 불구하고 화성 탐사와 태양계 기원 연구에서 중요한 역할을 하고 있습니다. 앞으로의 탐사를 통해 이 두 위성에 대한 새로운 과학적 발견이 이루어질 것으로 기대됩니다.