화성의 아르시아산에서는 해가 뜰 무렵 길게 뻗어 나오는 얼음 구름이 나타납니다. 구름의 꼬리는 서쪽으로 약 1,800km까지 이어졌다가 오전 중 사라집니다. 유럽우주국(ESA)의 화성 탐사선 ‘마스 익스프레스’ 관측 자료와 화성 기상 시뮬레이션을 결합한 연구는 이 긴 꼬리가 균질 핵생성으로 일부 만들어질 수 있다고 제안합니다. 수증기가 먼지나 다른 입자 표면에 달라붙지 않고 곧바로 얼음으로 변하는 과정입니다. 다만 얼음 결정이 실제로 생기는 장면을 관측한 것은 아니며, 시뮬레이션에서 제시된 설명입니다.
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먼지 없이 얼음 구름이 생기는 조건
지구의 일반적인 구름 형성 과정은 이질 핵생성으로 설명됩니다. 수증기가 먼지 같은 입자에 달라붙고, 그 입자를 바탕으로 물방울이나 얼음이 만들어지는 방식입니다. 화성 구름도 대체로 이런 과정을 거칠 것으로 여겨져 왔습니다. 하지만 입자에 의존하는 방식만 적용한 시뮬레이션은 아르시아산 구름의 길게 늘어진 꼬리를 재현하지 못했습니다. 연구진이 균질 핵생성을 모델에 추가하자 관측된 구름의 형태와 더 잘 맞았습니다.
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연구진이 제시한 배경은 급격한 대기 냉각입니다. 높이가 약 20km인 아르시아산을 지나는 공기가 몇 분 만에 수 km 상승할 수 있고, 상승 과정에서 빠르게 식습니다. 연구에서 제시된 조건에는 10분 동안 약 30°C 기온이 떨어지는 상황이 포함됩니다. 지표에서 약 45km 높이에는 먼지가 드문데, 모델에서는 이 고도에서 공기가 수증기를 평소 포화 상태보다 훨씬 많이 머금는 과포화 상태에 이릅니다. 이는 모델이 계산한 대기 조건이지, 구름 속 개별 입자의 생성 과정을 직접 측정한 결과는 아닙니다.
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왜 해 뜰 무렵에 나타날까
아르시아산 장대 구름(Arsia Mons Elongated Cloud, AMEC)은 화성 남반구의 봄과 여름에 반복해서 나타나는 아침 구름입니다. 아르시아산 부근에서 자라 서쪽으로 뻗고, 아침 대기가 따뜻해지면서 몇 시간 안에 사라집니다. 짧은 시간대에만 나타나는 특성 때문에 탐사선 관측에서 놓치기 쉬웠습니다.
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마스 익스프레스 관측을 통해 이 구름이 주목받은 것은 2018년입니다. 연구진은 이후 자료를 다시 살펴보다 1970년대 NASA의 바이킹 2호가 촬영한 옛 이미지에서도 같은 현상을 확인했습니다. 당시 널리 알려지지 않았던 이유 중 하나도 구름이 오래 지속되지 않는다는 점입니다.
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설명은 유력해졌지만, 아직 결론은 아니다
균질 핵생성을 추가한 시뮬레이션은 구름의 긴 꼬리를 설명하는 데 도움이 됐지만, 관측된 특징을 모두 재현하지는 못합니다. 구름의 전체 생애주기를 제안된 과정이 얼마나 잘 설명하는지 확인하려면 추가 관측과 모델 개선이 필요합니다.
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균질 핵생성은 지구와 금성의 대기에서도 가능성으로 제기돼 왔지만, 연구 보도에 따르면 행성 대기에서 실제로 관측된 적은 없습니다. 화성에서 이 과정이 확인된다면, 다른 천체의 구름을 모델링할 때도 대기 조건이 충분히 극단적일 경우 먼지 없이 얼음이 만들어질 가능성을 고려해야 한다는 뜻이 됩니다.
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