지구의 쌍둥이라 불렸던 금성은 왜 섭씨 462도의 지옥이 되었을까요? 금성과 지구는 크기와 질량이 거의 같고, 태양으로부터 비슷한 거리에 위치하며, 동일한 원시 성운에서 태어났습니다. 그러나 현재 금성은 납을 녹일 정도의 표면 온도, 지구 대기압의 92배에 달하는 압력, 황산 비가 내리는 극한 환경이 되었습니다. 폭주 온실효과가 어떻게 한때 바다를 가졌을 것으로 추정되는 금성을 완전히 변모시켰는지, 그리고 금성의 거꾸로 도는 자전과 하루가 1년보다 긴 기이한 현상의 원인을 탐구합니다. 최신 탐사 미션들이 밝혀낸 금성 대기의 포스핀 검출 논란과 과거 생명체 존재 가능성까지, 금성이 지구의 미래를 보여주는 거울일 수 있다는 경고와 함께 심층 분석합니다.
금성의 비극적 역사
45억 년 전, 태양계가 막 형성되던 시기에 금성과 지구는 놀라울 정도로 유사한 조건에서 출발했습니다. 두 행성 모두 암석으로 이루어진 지구형 행성으로, 비슷한 크기와 밀도를 가지고 태어났습니다. 금성의 지름은 지구의 95%, 질량은 82%로 태양계에서 가장 닮은 두 행성입니다. 초기 금성은 지구처럼 적당한 대기와 액체 상태의 물을 가지고 있었을 가능성이 높습니다. 컴퓨터 모델링 연구에 따르면, 약 30억 년 전까지 금성의 표면 온도는 20~50도 사이였을 것으로 추정됩니다. 이는 생명체가 존재하기에 충분한 조건입니다. 실제로 일부 과학자들은 금성이 지구보다 먼저 생명체를 품었을 가능성도 제기합니다. 금성이 태양에 더 가까워 따뜻했고, 이는 초기 생명체 탄생에 유리한 조건이었을 수 있기 때문입니다. NASA의 연구진은 고대 금성에 깊이 10미터 정도의 얕은 바다가 전 지표면의 60%를 덮고 있었다는 시뮬레이션 결과를 발표했습니다. 이 바다는 수억 년, 어쩌면 20억 년 이상 유지되었을 수 있습니다. 금성의 고원 지대인 이슈타르 대륙과 아프로디테 대륙은 과거 바다와 육지의 경계였을 가능성이 있습니다. 이 지역들의 지형은 지구의 대륙과 유사한 화강암질 암석으로 이루어져 있는데, 이는 물과 암석의 상호작용 없이는 형성되기 어려운 구조입니다. 그렇다면 무엇이 이 잠재적 낙원을 지옥으로 바꿨을까요? 답은 태양과의 거리에 있습니다. 금성은 지구보다 태양에 30% 가까이 위치해 있어, 받는 태양 에너지가 지구의 1.9배에 달합니다. 이 작은 차이가 두 행성의 운명을 완전히 갈라놓은 결정적 요인이 되었습니다.
폭주 온실효과: 돌이킬 수 없는 재앙의 시작
금성의 비극은 폭주 온실효과(runaway greenhouse effect)라는 되돌릴 수 없는 과정으로 시작되었습니다. 태양이 점차 밝아지면서 금성이 받는 열 에너지가 증가했고, 바다의 증발이 가속화되었습니다. 수증기 자체가 강력한 온실가스이기 때문에, 대기 중 수증기가 증가할수록 더 많은 열이 갇히게 되었습니다. 이는 다시 더 많은 물을 증발시키는 양의 되먹임 고리를 만들었습니다. 지구와 달리 금성에는 이 과정을 막을 메커니즘이 없었습니다. 지구에서는 탄소 순환이 작동합니다. 이산화탄소가 빗물에 녹아 탄산을 형성하고, 이것이 암석을 풍화시켜 탄산염 암석을 만들며 대기 중 이산화탄소를 제거합니다. 그러나 금성에서는 모든 물이 증발하면서 이 과정이 중단되었습니다. 대기 중으로 방출된 이산화탄소는 제거되지 못한 채 계속 축적되었습니다. 화산 활동으로 방출된 이산화탄소는 수십억 년 동안 쌓여 현재 금성 대기의 96.5%를 차지하게 되었습니다. 나머지 3.5%도 대부분 질소로, 산소는 거의 존재하지 않습니다. 더욱 치명적인 것은 수증기의 광분해 과정이었습니다. 대기 상층부에서 강력한 자외선이 수증기 분자를 수소와 산소로 분해했습니다. 가벼운 수소는 금성의 중력을 벗어나 우주로 날아갔고, 산소는 표면 암석과 반응하여 산화물을 형성했습니다. 이렇게 금성은 모든 물을 영구적으로 잃어버렸습니다. 현재 금성 대기에 남은 수증기는 20ppm에 불과한데, 이는 지구 대기의 0.001%에도 못 미치는 양입니다. 금성 표면의 압력이 지구의 92배에 달하는 것도 폭주 온실효과의 결과입니다. 엄청난 양의 이산화탄소가 대기에 갇혀 있기 때문입니다. 이 압력은 지구 바다 910미터 깊이의 압력과 같습니다. 금성 표면에 착륙한 탐사선들이 불과 몇 시간 만에 작동을 멈춘 것도 이 극한의 압력과 온도 때문이었습니다. 흥미롭게도 금성 대기 상층부 50~60킬로미터 고도에서는 온도가 0~50도, 압력이 지구와 비슷합니다. 일부 과학자들은 이 구역에 부유하는 미생물이 존재할 가능성을 제기하고 있습니다.
거꾸로 도는 행성: 쌍둥이 행성의 엇갈린 운명
금성의 또 다른 미스터리는 역행 자전입니다. 태양계의 거의 모든 행성이 반시계방향으로 자전하는데, 금성만 시계방향으로 자전합니다. 이는 금성에서 해가 서쪽에서 뜨고 동쪽으로 진다는 의미입니다. 더욱 기이한 것은 금성의 자전 속도입니다. 금성이 한 바퀴 자전하는 데 걸리는 시간은 243 지구일로, 금성이 태양을 한 바퀴 도는 225일보다 깁니다. 즉, 금성의 하루가 1년보다 긴 것입니다. 이로 인해 금성의 태양일(한 번의 일출에서 다음 일출까지)은 117 지구일이 됩니다. 이러한 특이한 자전의 원인에 대해서는 여러 가설이 있습니다. 가장 유력한 설명은 거대 충돌 이론입니다. 초기 태양계 시절, 화성 크기의 천체가 금성과 충돌하여 자전 방향을 뒤집었다는 것입니다. 이는 천왕성이 거의 누워서 자전하게 된 원인과 유사한 메커니즘입니다. 또 다른 가설은 조석 마찰과 대기 조석입니다. 금성의 두꺼운 대기와 태양 중력의 상호작용이 수십억 년에 걸쳐 자전을 느리게 하고 결국 역전시켰다는 이론입니다. 실제로 금성의 자전은 여전히 느려지고 있으며, 16년 사이에 6.5분 정도 더 느려진 것이 관측되었습니다. 금성의 느린 자전은 자기장 부재의 원인이기도 합니다. 행성 자기장은 일반적으로 액체 금속 핵의 대류와 빠른 자전이 결합되어 생성됩니다. 금성은 액체 핵을 가지고 있을 것으로 추정되지만, 자전이 너무 느려 자기장을 생성하지 못합니다. 자기장의 부재는 금성에게 치명적이었습니다. 태양풍을 막아줄 방패가 없어 대기 상층부의 가벼운 원소들이 지속적으로 우주로 빠져나갔습니다. 특히 물의 구성 요소인 수소가 대량으로 손실되어 금성의 건조화를 가속화했습니다. 최근 연구에서는 금성의 자전이 대기 순환과 복잡하게 연결되어 있음이 밝혀졌습니다. 금성 대기는 4일마다 행성 전체를 한 바퀴 도는 '슈퍼 로테이션' 현상을 보입니다. 이는 시속 360킬로미터에 달하는 강력한 바람으로, 금성 자전 속도의 60배가 넘습니다. 이러한 대기 운동이 금성 자전에 영향을 미치고 있을 가능성이 제기되고 있습니다.