화성을 인간이 살 수 있는 행성으로 바꾸는 테라포밍. 대기 두껍게 만들기, 온도 올리기, 물 만들기 등 구체적인 방법부터 극지방 얼음, 화산 활동, 자기장 문제까지 화성 개조 프로젝트의 가능성과 한계를 과학적으로 분석합니다. 본문에서 "테라포밍의 가능성과 도전, 화성을 제2의 지구로"에 대해서 살펴보겠습니다.
화성을 살 수 있는 행성으로
테라포밍은 다른 행성을 지구와 유사한 환경으로 바꾸는 과정을 의미하는데, 라틴어로 지구를 뜻하는 테라와 형성을 뜻하는 포밍을 합친 용어로 1942년 SF 작가 잭 윌리엄슨이 처음 사용했습니다. 화성은 태양계에서 테라포밍에 가장 적합한 후보인데, 지구와 많은 공통점을 가지고 있어서 하루 길이가 24.6시간으로 지구와 거의 같고, 자전축 기울기가 25.2도로 지구의 23.5도와 비슷하여 계절 변화가 있으며, 표면에 물의 흔적과 극지방에 얼음이 있고, 대기가 비록 희박하지만 존재하여 완전한 진공이 아닙니다. 하지만 현재 화성 환경은 생명체가 살기에 극도로 열악한데, 평균 온도가 영하 63도로 극지방은 영하 140도까지 내려가고, 대기압이 지구의 0.6%에 불과하여 물이 액체 상태로 존재할 수 없으며, 대기의 95%가 이산화탄소로 산소가 거의 없고, 자기장이 없어 우주 방사선과 태양풍이 직접 표면에 도달하며, 중력이 지구의 38%에 불과하여 장기 거주 시 건강 문제가 발생할 수 있습니다. 테라포밍의 목표는 이러한 환경을 근본적으로 바꾸는 것인데, 대기압을 지구 수준까지 높여 우주복 없이 활동할 수 있게 하고, 평균 온도를 0도 이상으로 올려 물이 액체 상태로 존재하게 하며, 산소를 생성하여 숨 쉴 수 있게 하고, 자기장을 만들어 방사선을 차단하는 것이 목표입니다. 1970년대 칼 세이건이 화성 극지방의 이산화탄소 얼음을 녹여 온실효과를 일으키자는 아이디어를 제안한 이후 여러 과학자들이 구체적인 테라포밍 방법을 연구해왔는데, 1990년 로버트 주브린과 크리스토퍼 맥케이는 단계별 테라포밍 계획을 발표하여 학계의 주목을 받았습니다.
테라포밍의 가능성과 도전
화성 테라포밍의 첫 단계는 온실효과를 일으켜 온도를 올리는 것인데, 여러 방법이 제안되었습니다. 첫째는 극지방 얼음을 녹이는 것으로 화성 극지방에는 이산화탄소와 물 얼음이 두껍게 쌓여 있는데, 북극은 주로 물 얼음이고 남극은 이산화탄소 얼음과 물 얼음이 섞여 있으며, 이를 녹이면 이산화탄소가 대기로 방출되어 온실효과가 강화됩니다. 극지방을 검은 먼지나 탄소 가루로 덮으면 태양 에너지 흡수가 증가하여 녹는 속도가 빨라지는데, 소행대의 탄소가 풍부한 소행성을 화성으로 가져와 극지방에 충돌시키면 동시에 가열과 물질 공급이 가능하다는 아이디어도 있습니다. 둘째는 온실가스를 인위적으로 생성하는 것인데, 과불화탄소나 육불화황 같은 강력한 온실가스를 공장에서 대량 생산하여 대기에 방출하면 효과적으로 온도를 올릴 수 있고, 이 기체들은 이산화탄소보다 수천 배 강력한 온실효과를 가지지만 생산에 막대한 에너지가 필요하다는 단점이 있습니다. 셋째는 거울이나 렌즈를 우주에 배치하는 것인데, 수백 킬로미터 크기의 거대한 거울을 화성 궤도에 배치하여 태양 빛을 극지방으로 집중시키면 얼음을 녹일 수 있고, 여러 개의 작은 거울을 배치하면 효율적이지만 건설과 유지에 막대한 비용이 듭니다. 온도가 올라가 물이 녹으면 두 번째 단계로 대기를 두껍게 만들어야 하는데, 화성 토양에는 과염소산염 형태로 갇힌 산소와 물이 많이 있어서 가열하면 방출되고, 레골리스를 채굴하여 가열하는 공장을 건설하면 대기에 기여할 수 있습니다. 화성 지하에는 엄청난 양의 이산화탄소가 탄산염 형태로 고정되어 있는데, 지각을 가열하거나 화산을 인위적으로 활성화시키면 이산화탄소를 방출할 수 있지만 이는 매우 어렵고 위험한 방법입니다. 세 번째 단계는 산소를 생성하는 것인데, 이산화탄소를 광합성으로 산소로 바꾸는 것이 가장 자연스러운 방법이며, 지의류나 시아노박테리아 같은 극한 환경 미생물을 투입하여 번식시키면 서서히 산소가 증가하고, 유전자 조작으로 화성 환경에 최적화된 식물을 만들 수도 있습니다. 화학 공장을 건설하여 이산화탄소를 전기분해로 산소와 탄소로 분리할 수도 있는데, 2021년 NASA의 화성 로버 퍼서비어런스에 탑재된 MOXIE 실험이 화성 대기에서 산소 생성에 성공하여 가능성을 입증했습니다.
현실적인 문제들과 미래
화성 테라포밍에는 여러 심각한 문제가 있는데, 가장 큰 문제는 자기장의 부족입니다. 화성은 약 40억 년 전에 자기장을 잃었는데, 핵이 식어 대류가 멈췄기 때문이며, 자기장이 없으면 태양풍이 대기를 서서히 벗겨내서 수억 년에 걸쳐 대기를 잃게 됩니다. 2018년 NASA의 제임스 그린이 제안한 해결책은 화성과 태양 사이의 라그랑주 점에 거대한 자기장 발생 장치를 배치하여 인공 자기권을 만드는 것인데, 현재 기술로는 불가능하지만 미래에는 가능할 수 있습니다. 2018년 NASA 과학자들이 발표한 연구에 따르면 화성의 이용 가능한 이산화탄소가 충분하지 않을 수 있다는 문제가 제기되었는데, 극지방 얼음과 토양의 이산화탄소를 모두 방출해도 대기압을 지구의 7% 정도까지만 높일 수 있어서 액체 물이 안정적으로 존재하기에 부족하고, 추가 이산화탄소를 얻으려면 지하 깊숙이 파거나 화산을 활성화해야 하는데 이는 현재 기술로 불가능합니다. 시간과 비용도 막대한 문제인데, 온도를 올리고 대기를 만드는 데만 수백 년이 걸릴 것으로 추정되고, 산소 농도를 호흡 가능한 수준까지 올리는 데는 수천 년에서 수만 년이 걸릴 수 있으며, 필요한 비용은 수십조에서 수백조 달러로 추정되어 한 국가가 감당하기 어렵습니다. 중력 문제는 해결이 불가능한데, 화성 중력은 지구의 38%로 장기간 거주하면 뼈 밀도 감소, 근육 약화, 심혈관 문제가 발생할 수 있고, 임신과 출산이 가능한지도 알려지지 않았으며, 중력 자체를 증가시키는 것은 불가능하므로 적응하거나 지하나 돔 안에서 인공 중력을 만들어야 합니다. 윤리적 문제도 제기되는데, 화성에 생명체가 존재한다면 테라포밍이 멸종을 초래할 수 있고, 화성을 변형할 권리가 인류에게 있는지에 대한 철학적 논쟁이 있으며, 일부는 화성을 원시 상태로 보존해야 한다고 주장합니다. 현실적인 대안으로 제안되는 것이 파라테라포밍인데, 이는 전체 행성을 변형하지 않고 돔이나 지하 도시를 건설하여 내부만 지구 환경으로 만드는 방법으로, 기술적으로 훨씬 쉽고 빠르게 실현 가능하며 일론 머스크의 SpaceX가 추구하는 방향이기도 합니다. 화성 테라포밍은 수백 년에서 수천 년이 걸리는 장기 프로젝트로 인류가 다행성 종족이 되기 위한 원대한 꿈이지만, 현재 기술로는 불가능하고 막대한 자원이 필요하며 예상치 못한 문제들이 발생할 것입니다. 하지만 기술이 발전하고 인류가 화성에 영구 기지를 건설하면 장기적으로 시도할 가능성이 있으며, 그 첫걸음은 2030년대 예상되는 화성 유인 탐사가 될 것입니다.