화성 지진이 암시한 화성 내핵의 존재

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화성 지진이 암시한 화성 내핵의 존재

땡글오빠 2025. 9. 5. 16:13

NASA 인사이트(InSight)가 남긴 1,300여 건의 지진 기록 재분석에서 화성 중심부에 **고체 내핵(추정)**이 자리할 가능성이 제기됐습니다.

내핵 반경은 약 600~613km, 그 밖을 감싸는 액체 외핵 반경은 약 1,800km로 추정되며, 2023년에 제안된 ‘핵 상부 용융 규산염층’(일명 마그마 층) 모델과 함께 성립할 수 있는 다층 구조 시나리오가 부상하고 있습니다. 본 글은 이번 결과가 화성의 열·자기장 진화, 탐사 전략, 장기 거주 구상에 주는 함의를 생활·업무 관점까지 확장해 정리합니다.

생활·업무 변화 요약

생활: 천문교육 콘텐츠와 과학 다큐·전시가 풍부해지고, 학생·동호인이 공개 지진파 데이터로 모형을 재현할 수 있습니다.
업무: 지구물리·데이터과학·센서공학 융합 과제가 늘고, GNSS·심우주 통신·방진 설계 역량 확보가 산업 전반에 파급될 수 있습니다.

쉽게 알아보는 용어

마스퀘이크(Marsquake): 화성 지진. P·S파와 표면파가 서로 다른 속도로 내부를 통과하며, 굴절·반사로 경계면의 성질을 드러냅니다. 건물 어느 위치가 콘크리트인지 목재인지 ‘소리의 잔향’으로 구분하는 것과 비슷한 원리입니다.
내핵/외핵: 금속 성분 핵의 중심부 고체층(내핵)과 이를 둘러싼 액체층(외핵). 고체는 전단파(S파) 전달이 가능하고, 액체는 S파가 소멸하는 특성이 있어 위상 분리로 추적합니다.
핵–맨틀 경계(CMB): 금속 핵과 규산염 맨틀 경계. 밀도·조성 급변으로 파형이 크게 바뀌는 구간입니다.

핵심정리

1. 현재까지의 화성 내부 구조 — 무엇이 달라졌나

기존 그림: 얇은 지각(약 24-72km), 깊은 리소스피어(약 500km), 규산염 맨틀과 **액체 금속 핵(반경 1,650-1,800km)**이 주류였습니다. 2023년에는 핵 상부에 **완전 용융 규산염층(~150km)**이 둘러싼다는 해석이 제안되며, 핵 반경 추정치가 다소 축소되었습니다.
이번 업데이트: 다수의 미약한 사건을 합성 스택·공통 수신기(CCR) 기법으로 증폭해, 외핵을 가로지른 파가 작은 고체 내핵에서 반사·굴절된 위상을 포착했다는 분석이 나왔습니다. 결과적으로 화성 핵은 (고체) 내핵 + (액체) 외핵 + (가능) 용융 규산염층으로 그려질 수 있습니다.

2. 내핵과 ‘자기장 소멸’ — 상반되나, 보완적 단서인가

자기장 소멸 시기: 위성 자기장 지도와 운석 고자기 기록에 따르면, 전행성적 다이너모는 대략 40억 년 전 무렵 약화되거나 중단된 것으로 해석됩니다. 일부 연구는 후기 노아키안까지 약한 다이너모가 간헐적으로 지속됐을 가능성도 제기합니다.
내핵의 의미: 내핵이 존재한다면, 현재는 내핵 성장 속도가 매우 느리거나, 외핵 대류를 구동하는 열·조성 부력이 약해 다이너모 재가동 임계치에 미달했을 수 있습니다. 즉, 내핵의 존재가 곧 강한 자기장을 의미하지는 않습니다. 오히려 내핵 형성의 개시·속도·불균질성이 과거 다이너모의 종료 타이밍을 설명하는 제약 조건이 됩니다.

3. 지구 vs 화성 — 구조·크기·열 진화 비교

지구: 고체 내핵(반경 ~1,220km) + 액체 외핵(~3,480km) + 하부·상부 맨틀. 내핵 성장에서 방출되는 잠열과 가벼운 원소 분리가 외핵 대류를 장기간 유지해 강한 자기장을 지속합니다.
화성: 내핵(추정 ~600km) + 액체 외핵(~1,800km) + (가능) 용융 규산염층. 행성 크기가 작아 열 손실이 빨라 대류 에너지 고갈이 이른 시점에 왔을 개연성이 큽니다. 맨틀의 열전도·점성이 높으면 핵–맨틀 경계에서의 열류가 감소해 다이너모 유지가 더 어려워집니다.

지구–화성 내부 비교 (요약)

반지름 비: 지구 6,371km / 화성 3,389km
내핵 반경: 지구 ~1,220km / 화성 ~600km(추정)
외핵 상태: 지구 액체, 활발한 대류 / 화성 액체이나 대류 약화 추정
핵 상부 용융 규산염층: 지구 없음 / 화성 (제안, 2023)
전행성 자기장: 지구 ‘유지’ / 화성 ‘과거 존재 → 현재 없음’

4. “작아서 빨리 식었다” 가설은 여전히 유효한가

핵심 논지: 작은 행성은 표면적/부피 비가 커 냉각이 빠르다 → 외핵 대류가 이른 시기에 약화·종료 → 전행성 자기장 소멸. 이는 여전히 기본 설명력(1차 요인)을 가집니다.
보완 요소: (a) 핵 조성의 가벼운 원소(S·O·C 등) 비율, (b) 거대 충돌의 간헐적 가열·열류 교란, (c) 맨틀 대비 핵 냉각 속도 차이, (d) 핵 상부 용융 규산염층의 단열 role 등 2차 요인이 다이너모의 지속·종료 시각을 미세 조정했을 가능성이 큽니다. 따라서 ‘크기’ 가설은 필요조건에 가깝고, 충분조건은 아닙니다.

5. 어떻게 측정했나 — 단일 관측소의 한계와 기술 진전

인사이트 SEIS는 한 지점이었지만, 다중 사건 파형을 정렬·누적해 신호 대 잡음비를 높였습니다. 외핵·내핵 경계 통과 위상(지구의 PKIKP 유사)이 반복 검출되는지 확인하는 통계적 접근이 관건이었습니다.
한계: 다중 기지 삼각측량이 아니므로, 경계의 비등방성·형상은 불확실합니다. 표층 바람·열 잡음, 얕은 지층 산란의 보정이 필요했습니다.

6. 화성 탐사 핵심 타임라인

1976: 바이킹 1·2 착륙, 첫 표면 실험.
1997: 패스파인더(소저너), 저비용 착륙 실증.
2004~2018: 스피릿·오퍼튜니티(로버), 장기 주행 탐사.
2006~현재: MRO(정찰 궤도선), 고해상도 지형·광물 지도.
2014~현재: MAVEN, 대기 상층·태양풍 상호작용 관측.
2018~2022: 인사이트(정지형), 마스퀘이크 최초 체계 관측.
2021~현재: 퍼서비어런스(시료 채집), 헬리콥터 ‘인저뉴어티’ 동력비행.

7. 앞으로의 탐사·관측 구상

다중 지진망: 극·적도·중위도 최소 3기 이상으로 파형 도달시간·경로를 교차 삼각측량. 내핵 크기·비등방성·용융 규산염층 두께의 오차를 줄일 수 있습니다.
샘플 귀환(MSR): 예산·일정 재조정 중이나, ESA 궤도선·미국 착륙선/발사체 조합으로 2030년대 중반 지구 귀환 시나리오가 검토 중입니다.
로절린드 프랭클린(ExoMars): 2028년 발사 목표, 2030년 착륙 전망. 2m 시추로 생명 흔적 탐색과 지하 환경 파악 예정.

8. 거주/이주 구상과의 연관 — 실용적 시사점

자기장 부재 현실화: 전행성 자기장이 장기간 부재했다면, 상층 대기 유출·방사선 환경은 지속 변수입니다. 장주기 거주에는 방사선 차폐(물·폴리에틸렌·레골리스), 지하 거주, 국지 자기장(초전도 코일) 검토가 필요합니다.
자원·건축: 내핵 존재 자체가 이주 가부를 바꾸진 않지만, 행성 열·지진 활동의 낮은 수준은 지하 구조물 안정성에 긍정/부정 양면을 가집니다. 발열 자원이 적어 지열 발전 잠재력은 제한적일 수 있습니다.
정책·산업: 민간·공공 협력으로 샘플 귀환과 지진망 구축이 병행될 때, 장래의 유인 탐사·거주 위험도를 정량화할 수 있습니다.

Check Point

‘내핵 = 강한 자기장’이 아닙니다. 대류 에너지가 핵심입니다.
거대 충돌·용융 규산염층 같은 2차 요인이 다이너모의 시곗바늘을 조정했을 수 있습니다.
다중 지진망·라디오과학·고압물성 실험의 삼각 협업이 다음 단계입니다.

“화성의 심장은 작지만 복잡합니다. 중요한 것은 존재 유무를 넘어, 얼마나·어디서·어떻게 식어 왔는가입니다.”

결론

고체 내핵(추정) 신호 보고로 화성 내부는 ‘완전 액체 핵’에서 다층 구조로 재해석되고 있습니다.

이는 자기장 소멸과 모순이라기보다, 냉각사·대류 역학을 정교화하는 보완 단서에 가깝습니다. 향후 10년은 다중 지진망 구축과 샘플 귀환 재설계가 성패를 가를 것이며, 장기 거주 구상은 방사선·자원·지질 안정성의 현실적 관리 위에서만 의미를 가질 것입니다.

3분 정리

인사이트 자료 재분석 → 내핵 반경 약 600km(추정), 외핵 약 1,800km.
2023년 제안된 용융 규산염층과 공존 가능한 다층 구조 시나리오.
자기장 소멸은 ‘작은 크기+조성+열류’의 복합 결과. 내핵 존재와 모순 아님.
지구와 비교 시, 열 손실·대류 에너지 부족이 장기 자기장 부재 설명.

출처: AP News, Nature News & Views (확인일 2025-09-05)